怎樣完成汽車(chē)零部件的EMI抗擾性測試？（二）

傳導干擾測試

    **類(lèi)測試方法叫做傳導干擾測試，它不需在被測模塊放置之處施加電磁場(chǎng)，而是直接將RF干擾施加在電纜裝置或接入被測部件模塊的裝置中。這樣一來(lái)，隨著(zhù)RF電流在電路結構(例如一塊印制電路板PCB)中傳輸，部件模塊與外部裝置的連接處就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)電流，從而在電子線(xiàn)路中造成干擾。這種方法與輻射場(chǎng)測試法雖然結果類(lèi)似，但二者之間沒(méi)有任何等同之處，因此這兩種方法都常用于進(jìn)行完整測試，有時(shí)兩種測試的頻率范圍還有重疊。傳導干擾測試*常采用的兩種耦合方法有電流注入法(bulk current injection，BCI)和直接注入法，前者需要向EUT中注入干擾電流，并控制注入電流的大小，后者則注入功率并控制注入功率的大小。

電流注入法(BCI)

    BCI法在ISO 11452-4和SAE J1113/4中均有描述，采用該方法時(shí)，將一個(gè)電流注入探頭放在連接被測件的電纜裝置之上，然后向該探頭注入RF干擾。此時(shí)，探頭作為**電流變換器，而電纜裝置作為**電流變換器，因此，RF電流先在電纜裝置中以共模方式流過(guò)(即電流在裝置的所有導體上以同樣的方式流通)，然后再進(jìn)入EUT的連接端口。

    真正流過(guò)的電流由電流注入處裝置的共模阻抗決定，而在低頻下這幾乎完全由EUT和電纜裝置另一端所連接的相關(guān)設備對地的阻抗決定。一旦電纜長(cháng)度達到四分之一波長(cháng)，阻抗的變化就變得十分重要，它可能降低測試的可重復性。此外，由于電流注入探頭會(huì )帶來(lái)?yè)p耗，因而需要較大的驅動(dòng)能力才能在EUT上建立起合理的干擾水平。盡管如此，BCI法還是有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，那就是其非侵入性，因為探頭可以簡(jiǎn)單地夾在任何直徑不超過(guò)其*大可接受直徑的電纜上，而不需進(jìn)行任何直接的電纜導體連接，也不會(huì )影響電纜所連接的工作電路。

直接注入法

    BCI法對驅動(dòng)能力要求過(guò)高，而且在測試過(guò)程中與相關(guān)設備的隔離也不好，直接注入法的目的就是克服BCI法的這兩個(gè)缺點(diǎn)。具體做法是將測試設備直接連接到EUT電纜上，通過(guò)一個(gè)寬帶人工網(wǎng)絡(luò )(Broadband Artificial Network，BAN)將RF功率注入EUT電纜，而不干擾EUT與其傳感器和負載的接口(見(jiàn)圖3)，該BAN在測試頻率范圍內對EUT呈現的RF阻抗可以控制。BAN在流向輔助設備的方向至少能夠提供500W的阻塞阻抗。干擾信號通過(guò)一個(gè)隔直電容，直接耦合到被測線(xiàn)上。ISO 11452-7和SAE J1113/3中描述了該方法。

汽車(chē)部件EMI測試的測試參數

   在車(chē)輛部件的EMI測試中，根據不同車(chē)輛廠(chǎng)商所提出的不同要求，除了引入干擾信號的基本方法有所不同以外，還有許多參數也會(huì )有所不同。但不論RF干擾怎樣產(chǎn)生，這些參數都是相關(guān)的。

頻率范圍

    受測試方法本身及其所用換能器(transducer)的限制，上述的每一種方法都只適用于一個(gè)既定的頻率范圍。列出了本文中討論的各種方法在相應標準中公布的適用頻率范圍。測試過(guò)程中，通常需要使測試信號在整個(gè)頻率范圍內掃描變化或步進(jìn)變化，監測此時(shí)EUT與其應有功能和性能的差異來(lái)得到測試結果。每次測試的*小滯留時(shí)間一般為2秒，如果EUT的時(shí)間常數較大，滯留時(shí)間可能更長(cháng)。如果采用軟件控制的測試信號發(fā)生器，那么測試信號通常不是掃描過(guò)整個(gè)頻率范圍，而是采用步進(jìn)方式，因此還要定義頻率步進(jìn)的步長(cháng)。滯留時(shí)間和頻率步長(cháng)二者共同決定了執行單次掃描所需花費的時(shí)間，從而也決定了整個(gè)測試所需的時(shí)間。

幅度控制

    不論采用哪種測試方法，對施加在EUT上的測試信號幅度都必須小心控制。幅度控制的方法按照原理不同通?？煞譃閮深?lèi)，一類(lèi)叫閉環(huán)控制法，一類(lèi)叫開(kāi)環(huán)控制法。在帶狀線(xiàn)測試和TEM單元測試時(shí)，可以通過(guò)已知的凈輸入功率和傳輸線(xiàn)的參數來(lái)計算得到的場(chǎng)。但除了這兩種方法以外，都需要利用閉環(huán)法來(lái)實(shí)現幅度控制。在輻射干擾測試中，干擾信號的單位采用伏特/米(volts/meter)，在電流注入測試中，單位采用微安(milliamps)，在直接功率注入測試中，單位采用瓦特(watts)。

閉環(huán)法

    采用閉環(huán)控制法時(shí)，一個(gè)場(chǎng)強儀或電流監控探頭一直監測著(zhù)施加在EUT上的激勵，據此將功率調整到目標值。該方法存在一個(gè)問(wèn)題，那就是EUT的介入打亂了我們用作干擾激勵的電磁場(chǎng)，因此找不到一個(gè)能夠正確反映出我們得到的場(chǎng)強，并對所有類(lèi)型EUT普遍適用的位置來(lái)放置場(chǎng)強儀，在微波暗室中進(jìn)行輻射干擾測試時(shí)這一問(wèn)題尤其明顯。當測試頻率使得EUT尺寸與波長(cháng)可以相比擬時(shí)，在某些位置上場(chǎng)的分布可能會(huì )出現大幅下降。如果場(chǎng)強儀剛好放置在一個(gè)這樣的位置上，那么當我們根據場(chǎng)強儀的讀數來(lái)維持需要的電磁場(chǎng)強度時(shí)，勢必會(huì )在EUT附近的位置上造成嚴重的過(guò)測(over-testing)。BCI測試中也存在類(lèi)似問(wèn)題，當EUT的共模輸入阻抗與測試信號諧振時(shí)，要維持需要的電流就會(huì )造成過(guò)測(over-testing)。實(shí)際上，在這樣的環(huán)境下，許多時(shí)候放大器都無(wú)法提供維持規定電平所需的功率，而一旦放大器過(guò)載，還會(huì )造成更多的測試問(wèn)題。

開(kāi)環(huán)法

   采用開(kāi)環(huán)法就能回避上述問(wèn)題。開(kāi)環(huán)法有時(shí)也叫做置換法。采用開(kāi)環(huán)法時(shí)，首先將一個(gè)既定強度的信號送入測試設備進(jìn)行校準設置。在每個(gè)頻率上，放大器的輸出功率均受一個(gè)輔助功率計的監控，當放大器輸出電平達到目標值時(shí)，對其進(jìn)行記錄。*后，在真實(shí)測試時(shí)，再將這個(gè)預校準的功率記錄進(jìn)行嚴格的重放?？偟膩?lái)說(shuō)，由于對施加在EUT上的場(chǎng)或電流(volts per meter 或 milliamps)的測量并不在測試的要求內，因此開(kāi)環(huán)法并不測量它們，只是對其進(jìn)行監控，以確認系統工作正常。但由于上節談到的原因，我們也不可能看到真正正確的測量值。在輻射干擾測試中，校準設置過(guò)程要求在EUT于微波暗室中應占據的準確位置上放置一臺場(chǎng)強儀。而在傳導干擾測試中，校準設備是一個(gè)阻抗值給定的負載，我們在其兩端測量功率或電流。開(kāi)環(huán)法所用到的功率參數包括凈功率，或者輸入換能器的前向功率和換能器反射回來(lái)的反向功率之差。在假設沒(méi)有其他重大損耗時(shí)，這個(gè)差值就等于真正送入EUT的功率。因此，在采用直接耦合器時(shí)，必須在每個(gè)頻率上測量?jì)蓚€(gè)功率。這時(shí)，可以利用一臺功率計對耦合器的前向輸出和反向輸出分別順序測量，也可以利用兩臺功率計同時(shí)測量。凈功率用于說(shuō)明換能器的電壓駐波比(VSWR)，因為當引入EUT時(shí)VSWR會(huì )發(fā)生變化。但當EUT與測試裝置嚴格匹配時(shí)，要保持凈功率所需的前向功率相對于校準所需的功率可能有較大變化。為避免過(guò)測，為保持所需凈功率而增大的前向功率不能超過(guò)2dB，即使2dB還不能滿(mǎn)足要求，也不應繼續增大，而只能將此記錄在測試報告中。

調制頻率和調制深度

   所有的RF抗擾性測試都需要在每個(gè)頻率上對EUT施加CW(未調連續波)和已調AM信號，而EUT的響應通常更易受已調干擾影響。一般情況下，測試標準中所規定的調制信號都是調制深度為80%，頻率為1kHz的正弦波。但也有個(gè)別的車(chē)輛廠(chǎng)商可能會(huì )有不同的要求。定義調制參數的目的是為AM和CW測試規定一個(gè)恒定的峰值電平。這一點(diǎn)與商用(IEC 61000-4 系列)RF抗擾性測試不同。在商用RF抗擾性測試中，調制信號的峰值功率比未調信號高5.3 dB。而在峰值電平恒定的測試中調制深度為80%的已調信號功率只有未調信號功率的0.407倍。ISO 11452中清楚地定義了這種信號的施加過(guò)程：

●在每個(gè)頻點(diǎn)上，線(xiàn)性或對數增大信號強度直到信號強度滿(mǎn)足要求(對開(kāi)環(huán)法指凈功率滿(mǎn)足要求，對閉環(huán)法則指測試信號的電平嚴格滿(mǎn)足要求)，根據 2 dB準則監測前向功率。

●按要求施加已調信號，并使測試信號保持時(shí)間等于EUT*小響應時(shí)間。

●緩慢降低測試信號強度，然后進(jìn)行下一個(gè)頻率的測試。

監測EUT

    在施加測試信號時(shí)，必須監測EUT的響應，并與其應達到的性能準則進(jìn)行比較，以確定被測件是否通過(guò)測試。由于不同EUT的功能和需要滿(mǎn)足的性能準則均不相同，因此本文不可能對這些監控方法進(jìn)行概括。但如果測試軟件能夠自動(dòng)完成部分或全部監測工作，那么整個(gè)測試就會(huì )更加簡(jiǎn)單可靠。監測過(guò)程可能只需簡(jiǎn)單地測量和記錄每個(gè)頻率點(diǎn)上的輸出電壓，也可能涉及一些特殊的EUT軟件，這些軟件能夠在測試發(fā)現錯誤時(shí)給出標記。

報告測試結果

    在測試完成，EUT的響應也觀(guān)測完畢之后，測試工程師的工作還只完成了一半。接著(zhù)他或她還必須按照車(chē)輛廠(chǎng)商所規定的格式創(chuàng )建測試報告。一個(gè)部件廠(chǎng)商可能為多個(gè)車(chē)輛廠(chǎng)商提供產(chǎn)品，因此對同一組測試，部件廠(chǎng)商可能需要提交多種格式的測試報告。有些軟件包中包含可選的報告生成模塊，能夠提供針對不同的車(chē)輛廠(chǎng)商定制的標準報告模板。雖然測試工程師們大都很享受測試過(guò)程，卻很少有人喜歡撰寫(xiě)測試報告，因此所有測試實(shí)驗室的經(jīng)理都十分明白，為客戶(hù)提供測試報告是一項*困難的任務(wù)。有了自動(dòng)報告生成軟件模塊，不但測試工程師們不必再承擔撰寫(xiě)測試報告的苦差，客戶(hù)的要求也能更快得到滿(mǎn)足。綜上所述，雖然汽車(chē)工業(yè)中的部件EMC測試中包含許多可變參數，我們仍然可以高效地完成針對不同車(chē)輛廠(chǎng)商的覆蓋很寬頻率范圍的測試。本文介紹了汽車(chē)工業(yè)中部件測試所采用的多種方法，并概括了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)閱讀本文，測試工程師可以更好的選擇測試方法，以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。