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汽車(chē)行業(yè)成功實(shí)現EMC測試的10個(gè)技巧
EMC規定簡(jiǎn)述
CISPR25是一種規范，它給出了幾種具有建議限制的測試標準，用于評估將要安裝在汽車(chē)上的部件形成的輻射傳輸。CISPR除了為制造商提供指導外，大多數制造商還有一套自己的標準CISPR25補充指導規則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車(chē)內的部件不會(huì )影響車(chē)內的其他軟件。
CISPR25規定測試室內的電磁噪聲電平必須至少的*低電頻低66dB。因為CISPR25的希望噪聲電平低至18dB（μV/m）所以需要一個(gè)小于12的地方dB（μV/m）環(huán)境噪聲電平。作為參考，這大致相當于間距天線(xiàn)1km一個(gè)典型AM電臺廣播場(chǎng)強。
在今天的環(huán)境中，達到這一規定的**途徑是在一個(gè)獨特的房間中進(jìn)行測試，該房間旨在屏蔽測試環(huán)境和外部磁場(chǎng)。此外，由于正常預算需要對檢測室的尺寸進(jìn)行一定的限制，因此避**測室內檢測環(huán)境中信號反射的不利影響是非常重要的。因此，檢測室的墻壁必須嵌入某種不反射電磁（EM）波的材料(圖1)。檢測室的成本非常昂貴，通常每小時(shí)租時(shí)內出租。為了降低成本，*好在設計上正確EMC/EMI評估難題，然后在檢測室完成一次成功。
一、保持小環(huán)路
當存在磁場(chǎng)時(shí)，由導電材料形成的回路作為天線(xiàn)，并將磁場(chǎng)轉換為圍繞回路流動(dòng)的電流。電流強度與閉環(huán)的面積正相關(guān)。因此，應盡可能防止回路的出現，并使必要的封閉區域的面積盡可能小。例如，當存在差分數據信號時(shí)，可能會(huì )有一個(gè)回路。在選擇差分線(xiàn)的發(fā)射機和接收機之間形成一個(gè)回路。
另一個(gè)常見(jiàn)的回路出現在兩個(gè)子系統使用相同電路的地方，也許是一個(gè)顯示器和一個(gè)模塊控制電路來(lái)推動(dòng)顯示器（ECU）。底盤(pán)中有一個(gè)公共接地（GND）線(xiàn)表示端和**ECU端至該GND一條連接線(xiàn)。當視頻信號連接到具有自己接地線(xiàn)的顯示屏時(shí)，它將在接地平面內形成一個(gè)巨大的回路。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管在地面連接線(xiàn)中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環(huán)路仍將存在，但從RF從輻射的角度來(lái)看，這條環(huán)路已經(jīng)斷了。
此外，當根據雙絞線(xiàn)電纜傳輸信號時(shí)，每對差分控制器/接收器也將形成一個(gè)回路。一般來(lái)說(shuō)，由于雙絞線(xiàn)是緊密連接的，因此連接電纜部分的回路面積很小。但是，一旦信號到達電路板，應保持緊密連接，以防止擴大回路面積。
二、旁路電容不可或缺
CMOS電路非常受歡迎，部分原因是它具有高速和非常低的功。CMOS當需要充電和放電時(shí)，電路僅在其變化和節點(diǎn)電容時(shí)消耗功率。從電源的角度來(lái)看，平均流量消耗為10mA的CMOS在時(shí)鐘變換期間，電路吸收的電流可能高出許多倍，但在時(shí)鐘變換期間的流量消耗非常低，甚至為零。因此，輻射限制方法側重于電壓和電流的峰值，而不是平均值。
在時(shí)鐘轉換過(guò)程中，從電源到芯片電源管腳的電流浪涌是主要的輻射源。根據每個(gè)電源管腳周?chē)呐酝娙萜?，電容器將直接提供在時(shí)鐘脈沖邊緣期間為芯片供電所需的電流。然后，在時(shí)鐘轉換周期的中間，電容器中的電荷使用較低且穩定的電流積累。較大的電容器適用于電流激增，但對快速標準的反應能力較差。特別是小型電容器可以快速響應需求，但其總電荷容量有限，消耗快。對于大多數電路，*好的解決方案是混合不同尺寸的電容器(也許1μF和0.01μF電容器并聯(lián))。較小的電容器布置在非?？拷O備電源腳的區域，而較大的電容器可以放置在距離電源腳較遠的區域。
三、更好的匹配電阻可以*大限度地減少EMI
當根據傳輸線(xiàn)傳輸快速信號并在傳輸線(xiàn)上遇到特征阻抗的變化時(shí)，部分信號將被反射回信號源，部分信號將繼續沿著(zhù)原來(lái)的方向傳輸。反射會(huì )導致輻射，一點(diǎn)總是不變的。實(shí)現低水平EMI，必須遵循適當的快速設計實(shí)踐。有大量?jì)?yōu)良的資源為您帶來(lái)相關(guān)的傳輸線(xiàn)路定制信息。以下是在設計傳輸線(xiàn)路時(shí)提出的一些預防措施：
請記住，在接地平面和信號接線(xiàn)之間有一個(gè)信號。輻射可能是由信號接線(xiàn)接地平面的*終斷開(kāi)引起的，因此應注意信號接線(xiàn)下的接地平面創(chuàng )傷或*終斷開(kāi)。盡量避免在信號布線(xiàn)的排列中出現鈍角。精致的彎角會(huì )比直角轉角好得多。
一般，FPD-Link信號將允許零件對其進(jìn)行分接；例如：同軸線(xiàn)電源，電源連接，AC蓮花電容器，這些。為了盡量減少該部件中的反射，可以嘗試應用0402模型的小部件，并將接線(xiàn)寬度設置為與0402部件焊接層相同的寬度。此外，接線(xiàn)的特征阻抗應根據操作層中電介質(zhì)的厚度進(jìn)行設置。
四、屏蔽
應該使用好的屏蔽方法，在這一點(diǎn)上沒(méi)有捷徑可走。當設計旨在盡量減少輻射時(shí)，需要在導致問(wèn)題電路的部分周?chē)M(jìn)行屏蔽。雖然它仍然可以輻射能量，但更好的屏蔽可以捕捉輻射，并在它們逃離系統之前將其發(fā)送到地面。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的。
屏蔽可以以各種形式使用。也許很容易將系統關(guān)閉在導電外殼中，或者可能是一個(gè)小的定制塑料外殼，焊接在輻射源上方。
五、接地線(xiàn)短
注入芯片的所有電流也將再次從芯片中排出。本文介紹的幾種方法提到，芯片的連接線(xiàn)必須簡(jiǎn)短，例如，旁通電容器應接近IC，保持一個(gè)小的回路等。然而，當接地電流返回其起源時(shí)，必須通過(guò)的路徑往往被廢棄。理想情況下，電路板的一層是專(zhuān)門(mén)用來(lái)接地的，直到GND這個(gè)路徑不比一個(gè)通孔長(cháng)多少。然而，一些電路板布局在接地平面上有一個(gè)傷口，從而驅動(dòng)接地電流從芯片回到電源。GND當電流按這種方式傳輸時(shí)，它作為推送或接收噪聲的天線(xiàn)。
六、速率不應超過(guò)要求的水平
業(yè)內有一種趨勢，即擔心時(shí)序裕度，使用盡可能快的邏輯器件給出*佳時(shí)間裕度。不幸的是，非?？焖俚倪壿嬈骷哂卸盖偷拿}沖邊緣和非常高的頻率組件，這將產(chǎn)生EMI。減少系統EMI一種測量方法是使用速率盡可能低但仍將達到時(shí)間標準的邏輯器件。FPGA允許將驅動(dòng)強度設置在較低的水平，這是降低邊緣速度的一種方法。在某些地方，邏輯線(xiàn)上的串聯(lián)電阻可以用來(lái)降低系統中的信號轉換率。
七、電源線(xiàn)電感
在**種方法中，我們討論了旁通電容器可以作為減少電流浪涌危害的一種手段。電源線(xiàn)中的電感是同一問(wèn)題的另一個(gè)層次。通過(guò)在電源線(xiàn)上布置電感或鐵氧體磁珠，強制連接到電源的電路可以滿(mǎn)足電容器（而不是電源）的動(dòng)態(tài)功率要求。
八、電容器布置在開(kāi)關(guān)電源的鍵入端
汽車(chē)設計師擔心影響的是，AM電磁波段。大多數汽車(chē)都配備了一個(gè)AM錄音機，其可調諧頻率范圍為500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某個(gè)部件在該頻段內發(fā)送信號，很有可能是AM我在錄音機里聽(tīng)到了。許多開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)頻率都位于此頻帶內，這導致了汽車(chē)應用中的問(wèn)題。因此，大多數汽車(chē)開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率高于該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開(kāi)關(guān)電源的輸入或輸出端沒(méi)有提供足夠的過(guò)濾，這種開(kāi)關(guān)噪聲將進(jìn)入其他對基頻或次諧波頻率敏感的子系統。
九、密切注意諧振
對于各種不同的干擾源，需要使用電感器和電容器來(lái)緩解可能的問(wèn)題EMI的dv/dt和di/dt問(wèn)題。然而，電感器和/或電容器具有與自諧振相關(guān)的不相關(guān)的不利特性。這種情況通?？梢酝ㄟ^(guò)增加與電感器連接的電阻來(lái)糾正。這種電阻可以吸收振動(dòng)形成的動(dòng)能，從而避免其增加到足以造成問(wèn)題的程度。當有一個(gè)串聯(lián)電感器通向一個(gè)包含旁路電容器的組件（來(lái)自電源線(xiàn)的分離部件或寄生電感）時(shí)，它將導致另一個(gè)隱藏的問(wèn)題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可能會(huì )振蕩。同樣，這種情況也可以用電阻(通常與電感器并聯(lián))來(lái)解決。
十、峰值輻射可以通過(guò)擴頻記錄降低
針對FPD-Link串化器或解串器（SerDes）對于其他部件，通常有一個(gè)數據總線(xiàn)和時(shí)鐘，具有擴頻記時(shí)選項。在擴頻記錄中，調制時(shí)鐘信號。其結果是，由時(shí)鐘和信號脈沖邊緣引起的能量傳播在比必須占用的頻段更廣的頻率范圍內。因為EMI該標準被設定為限定一個(gè)頻段內所有頻率的峰值輻射，因此在較寬的頻段內傳播噪聲有助于大幅降低噪聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個(gè)很好的解弦器案例，經(jīng)常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。這種設備用于優(yōu)良的駕駛輔助系統（ADAS）視頻鏈接在攝像機和處理器之間。解 碼 器承擔由攝像機中的圖像傳感器向串行器提供的時(shí)鐘，并與數據一起導出時(shí)鐘Cpu應用。10或12條快速數據線(xiàn)與快速時(shí)鐘同時(shí)改變控制是原因EMI一個(gè)主要來(lái)源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應用擴頻時(shí)鐘和導出數據（而不是圖像傳感器提供的低振動(dòng)時(shí)鐘）的選項。根據解弦器中的存儲器控制擴頻時(shí)鐘。
由于汽車(chē)越來(lái)越依賴(lài)電子設備來(lái)實(shí)現不限于娛樂(lè )和舒適的，而不局限于娛樂(lè )和舒適，因此需要實(shí)現無(wú)誤操作和其他軟件的影響。根據本文中簡(jiǎn)要描述的技術(shù)和方法，并選擇合適的部件進(jìn)行EMC測試，工程師可以設計一個(gè)穩定的系統，使汽車(chē)系統不受影響EMI受問(wèn)題影響，工作可靠。
