汽車(chē)電子電磁兼容相關(guān)設計問(wèn)題思路

什么是EMC（電磁兼容）？

簡(jiǎn)單可以這樣理解：產(chǎn)品的抗干擾能力和自身的干擾壓制能力。
先了解一下，電磁干擾的條件：
1． 干擾源
2． 干擾的途徑(幅射、傳導)
3． 被  干擾的設備


2
EMC的測試：

產(chǎn)品的磁相容性設計是否良好，就必須在研發(fā)整個(gè)過(guò)程中，就對各種電磁干擾源和傳輸特性及受干擾設備能否負荷耐受性測試。在客戶(hù)安裝和使用設備時(shí)，提供了既真實(shí)又有效之數據，因此，電磁相容性測試是電磁相容性設計所不可或缺之重要環(huán)節。


什么樣的產(chǎn)品EMC就是合格的呢？


依據相應之電磁相容性標準和規范，電磁干擾(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)在不同頻率范圍內，采用不同之方式進(jìn)行測試?；谖覀兊漠a(chǎn)品既可能是一個(gè)干擾源，也可能是被   干擾者。因而，電磁相容性測試包含電磁干擾測試(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)。由于電磁相容性測試種類(lèi)太多，實(shí)在無(wú)法逐一詳細說(shuō)明，下面列舉一般實(shí)驗室EMC測試標準。


先來(lái)了解下面幾個(gè)名詞：


CE表示以傳導發(fā)射(Conducted Emission)，
CS表示傳導耐受性(Conducted usceptibility)，
RE表示輻射發(fā)射(Radiated Emission)，
RS表示輻射耐受性(Radiated Susceptibility)。
 


電磁干擾CE及RE測試主要內容有：


產(chǎn)品（電子、電機產(chǎn)品和設備），在各種電磁雜訊環(huán)境中之，傳導干擾和輻射干擾發(fā)射量之測試(例如電子電機設備之交換式電源之脈沖干擾和連續干擾)及各種訊號傳輸時(shí)，干擾傳遞特性之測試(例如各種傳輸線(xiàn)之傳輸特性和屏蔽效果)。


電磁耐受性(EMS，包括CS及RS)測試主要內容則有：


1.對電場(chǎng)、磁場(chǎng)之輻射耐受性測試；
2.對電源線(xiàn)、控制線(xiàn)、訊號線(xiàn)、地線(xiàn)等注入干擾之傳導耐受性測試；
3.對靜電放電和各種暫態(tài)電磁波(突波或電性快速暫態(tài))之耐受性測試。


1）EMC測試場(chǎng)地一般要求


1. 在不同頻率范圍內將隔離室屏蔽效益分為，磁場(chǎng)屏蔽(低阻抗場(chǎng))，電場(chǎng)屏蔽(高阻抗場(chǎng))平面波電磁場(chǎng)屏蔽和微波屏蔽，其測試儀器之基本配備為：頻譜分析儀或EMI測試接收機、場(chǎng)強監視系統、各類(lèi)訊號產(chǎn)生器、功率放大器、各類(lèi)衰減器、定向耦合器及各類(lèi)發(fā)射、接收天線(xiàn)(棒狀天線(xiàn)、環(huán)路天線(xiàn)、對數螺旋天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)等)及輸出變壓器。

2．常用之電磁干擾EMI(含RE及CE)測試儀器配備有：
EMI自動(dòng)測試控制系統(電腦及其介面單元)； 
EMI測試接收機(或頻譜分析儀) ；
各式天線(xiàn)(主動(dòng)、被動(dòng)棒狀天線(xiàn)、大小形狀環(huán)路天線(xiàn)、功率雙錐天線(xiàn)、對數螺旋天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn))及天線(xiàn)控制單元等 。
電流注入感應器(Current Probe)、電壓感應器、隔離變壓器 ；
電源阻抗模擬網(wǎng)路(Line Impedance Stabilization Network，LISN)貫穿電容，儲存式示波器，各型濾波器、定向耦合器等 。

3.常用之電磁耐受性EMS(含RS及CS)測試儀器之基本配備需求有：
EMS自動(dòng)測試控制系統(電腦及其介面單元)； 
EMI測試接收機(或頻譜分析儀) ；
各式發(fā)射、接收天線(xiàn)；
訊號產(chǎn)生器、功率放大器、場(chǎng)強監視系統；
儲存式示波器，注入隔離變壓器，各型濾波器、定向耦合器； 



2）電場(chǎng)輻射干擾發(fā)射測試：


1.電磁場(chǎng)輻射干擾測試：測試產(chǎn)品及其組件所輻射之電磁發(fā)射，包括來(lái)自所有組件、電纜及連接線(xiàn)上之雜訊發(fā)射。它適用于發(fā)射機之基本波發(fā)射、假電訊發(fā)射、振蕩器發(fā)射及寬頻帶發(fā)射，但不包括天線(xiàn)之輻射發(fā)射與交連導線(xiàn)上之電場(chǎng)輻射（測試分有水平和睡直兩種）；

2．電源線(xiàn)傳導干擾測試：將電流探夾沿每根電源線(xiàn)之導線(xiàn)分界處到LISN或貫穿電容器之線(xiàn)段上移動(dòng)，以使頻譜分析儀或測試接收機之讀數*大，并記錄讀數，所得結果與規格極限圖比較即可知道是否合格；

3.電場(chǎng)輻射耐受性測試：測試設備對于規定頻譜成分和規定強度之電場(chǎng)輻射場(chǎng)之耐受性；RF訊號經(jīng)由天線(xiàn)輻射RF功率，對試件產(chǎn)生干擾，干擾頻率范圍在80MHz～1GHz，試驗方向包括前、后、左、右(上、下)，使用無(wú)電波反射室(需符合16點(diǎn)均勻場(chǎng)之規定)，試件至天線(xiàn)距離3米，可加振幅調變（這個(gè)項目對我們的產(chǎn)品影響不大）；

4.傳導耐受性測試：RF電壓直接注入電源線(xiàn)或訊號線(xiàn)，例如ISO 7637 那七個(gè)脈沖波形；

5.雷擊突波耐受性測試(Surge)：模擬雷擊誘導與電感性負載切換，試驗模式可分電源線(xiàn)與訊號(通訊)線(xiàn)，試驗方法包括正負極性、相位，不同兩線(xiàn)接法均可測試，測試前后要同時(shí)監測待測件功能是否正常，以判定是否合格；

6.靜電測試：用靜電槍對設備各個(gè)部位注入高壓（8KV到16KV可選）靜電（結構設計特別要注意的是接插座，外露的螺絲的保護）。


三、我們可以從幾個(gè)方面減小干擾，和提高自身的抗干擾能力？


1．電路設計、元器件的選擇：

1).PCB 和元器件的選用(有要求過(guò)UL的一定要選用有UL標記的元器件和94VO的PCB)；

2）．在電路板上每個(gè)IC電源腳上并接一個(gè)0.01～0.1μF高頻電容，以減小IC對電源的影響。但應注意高頻電容的布線(xiàn)，連線(xiàn)應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，而這會(huì )影響濾波效果；考慮傳導的干擾，在電源進(jìn)線(xiàn)端要增加電感或磁珠；

3）.在高速的數字電路串聯(lián)一個(gè)小電阻和對地接一個(gè)小電容，都能有效降低EMI（比如我們5寸屏的CPH 1~3，STV 1~2）；

4).對EMI較強和容易受干擾的器件和電路加上屏蔽罩（比如我們GPS+后視的產(chǎn)品）；

5).給高壓變壓器加上屏蔽罩(比如我們5寸屏的高壓變壓器）；

6). DC\DC 電源濾波電容器要使用高頻低損的電容器規格。


2．PCB Layout：

1).布線(xiàn)時(shí)應避免90°折線(xiàn)，并盡量減少高頻噪聲發(fā)射；

2).DC\DC PWM端口走線(xiàn)要短、粗、直；

3).處理好差分信號和普通數字信號的走線(xiàn)（差分信號要靠近、平行、等長(cháng)；普通數字信號要短、不要平行走線(xiàn)）；

4).晶振與芯片引腳應盡量靠近，并用地線(xiàn)把時(shí)鐘區隔離起來(lái)，晶振外殼要接地并固定。*好在能使用低速晶振的場(chǎng)合盡可能選用低速晶振（比如我們的PIC MCU可以用4MHZ、8MHZ…）；

5).層與層的走線(xiàn)*好成90度（減小分布電容）；

6).模擬地和數字地要分開(kāi)，模擬地要求單點(diǎn)接地，數字地要求多點(diǎn)接地并盡可能有大片的地回路。

3.結構的設計:

1）.要注意能通過(guò)六面跌落測試（主要是不能散架和任何功能上的損壞）；

2）.要注意能通過(guò)靜電側試(要跟電子配合，保護引出接插座和PCB有可能被靜電打到的地方，外露金屬與和PCB銅皮和焊點(diǎn)的**距離)；

3）. 要注意能通過(guò)**側試(模擬產(chǎn)品經(jīng)過(guò)猛烈撞擊損壞,掉落的物品是否傷及使用者人身**,比如說(shuō)我們的顯示器TFT破了,是否掉落了足以傷及使用者的玻璃尺寸。測試方法是用鋼球彈破TFT屏)。



*后來(lái)認識一下我們常見(jiàn)的電纜線(xiàn)（例如我們用的網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)）：


UTP電纜是理想的平衡傳輸系統，為什么還要用FTP電纜？
UTP電纜是通過(guò)芯線(xiàn)的雙絞來(lái)達到EMC性能，這意味著(zhù)EMI首先被UTP電纜所接收，隨后才被抵消。
FTP電纜的屏蔽原理是什么？
不同于雙絞的平衡抵消原理，FTP電纜是在四對雙絞線(xiàn)的外面加多一層或兩層鋁箔，利用金屬對電磁波的反射、吸收和集膚效應原理（集膚效應是指電流在導體截面的分布隨頻率的升高而趨于導體表面分布，頻率越高，集膚深度越小，即頻率越高，電磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部電磁干擾進(jìn)入電纜，同時(shí)也阻止內部信號輻射出去，干擾其它設備的工作。


四、總結


電磁兼容性測試，基本上是在驗證產(chǎn)品量產(chǎn)前是否符合電磁兼容規范，但是，就本人之經(jīng)驗，百分之八、九十的設計者都在產(chǎn)品研發(fā)后期，才來(lái)考慮電磁相容設計，這時(shí)要作EMC問(wèn)題的修改，往往是無(wú)法克盡全功。因此，只有在研發(fā)新型號產(chǎn)品之初期，就考慮到產(chǎn)品電磁兼容設計、整體規劃，才能有系統地整合元器件選擇、接地、布線(xiàn)、濾波、屏蔽等根本因素，完成符合電磁相容設計之電路及PCB布局，從而做好我們的產(chǎn)品。