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汽車行業成功實現EMC測試的10個技巧

前言

汽車工業和每個汽車企業都必須滿足各種電磁兼容性(EMC)規定和EMC測試。例如,有兩個要求是確保電子系統不會造成太多干擾信號(EMI)或者噪音,它必須能夠避免其他軟件產生的噪音。本文研究了一些這樣的規定,并討論了一些技巧和方法,以確保設備設計符合這些要求。


EMC規定簡述

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內的部件不會影響車內的其他軟件。

CISPR25規定測試室內的電磁噪聲電平必須至少的最低電頻低66dB。因為CISPR25的希望噪聲電平低至18dB(μV/m)所以需要一個小于12的地方dB(μV/m)環境噪聲電平。作為參考,這大致相當于間距天線1km一個典型AM電臺廣播場強。

在今天的環境中,達到這一規定的唯一途徑是在一個獨特的房間中進行測試,該房間旨在屏蔽測試環境和外部磁場。此外,由于正常預算需要對檢測室的尺寸進行一定的限制,因此避免檢測室內檢測環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,通常每小時租時內出租。為了降低成本,最好在設計上正確EMC/EMI評估難題,然后在檢測室完成一次成功。


一、保持小環路

當存在磁場時,由導電材料形成的回路作為天線,并將磁場轉換為圍繞回路流動的電流。電流強度與閉環的面積正相關。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,可能會有一個回路。在選擇差分線的發射機和接收機之間形成一個回路。

另一個常見的回路出現在兩個子系統使用相同電路的地方,也許是一個顯示器和一個模塊控制電路來推動顯示器(ECU)。底盤中有一個公共接地(GND)線表示端和全面ECU端至該GND一條連接線。當視頻信號連接到具有自己接地線的顯示屏時,它將在接地平面內形成一個巨大的回路。在某些地方,這種回路是不可避免的。然而,盡管在地面連接線中引入電感或鐵氧體磁珠,DC環路仍將存在,但從RF從輻射的角度來看,這條環路已經斷了。

此外,當根據雙絞線電纜傳輸信號時,每對差分控制器/接收器也將形成一個回路。一般來說,由于雙絞線是緊密連接的,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,電路僅在其變化和節點電容時消耗功率。從電源的角度來看,平均流量消耗為10mA的CMOS在時鐘變換期間,電路吸收的電流可能高出許多倍,但在時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。

在時鐘轉換過程中,從電源到芯片電源管腳的電流浪涌是主要的輻射源。根據每個電源管腳周圍的旁通電容器,電容器將直接提供在時鐘脈沖邊緣期間為芯片供電所需的電流。然后,在時鐘轉換周期的中間,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,最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)。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。


第三,更好的匹配電阻可以最大限度地減少EMI

當根據傳輸線傳輸快速信號并在傳輸線上遇到特征阻抗的變化時,部分信號將被反射回信號源,部分信號將繼續沿著原來的方向傳輸。反射會導致輻射,一點總是不變的。實現低水平EMI,必須遵循適當的快速設計實踐。有大量優秀的資源為您帶來相關的傳輸線路定制信息。以下是在設計傳輸線路時提出的一些預防措施:

請記住,在接地平面和信號接線之間有一個信號。輻射可能是由信號接線接地平面的最終斷開引起的,因此應注意信號接線下的接地平面創傷或最終斷開。盡量避免在信號布線的排列中出現鈍角。精致的彎角會比直角轉角好得多。

一般,FPD-Link信號將允許零件對其進行分接;例如:同軸線電源,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,并將接線寬度設置為與0402部件焊接層相同的寬度。此外,接線的特征阻抗應根據操作層中電介質的厚度進行設置。


四,屏蔽

應該使用好的屏蔽方法,在這一點上沒有捷徑可走。當設計旨在盡量減少輻射時,需要在導致問題電路的部分周圍進行屏蔽。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送到地面。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的。


霍達爾儀器


屏蔽可以以各種形式使用。也許很容易將系統關閉在導電外殼中,或者可能是一個小的定制塑料外殼,焊接在輻射源上方。


五、接地線短

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,芯片的連接線必須簡短,例如,旁通電容器應接近IC,保持一個小的回路等。然而,當接地電流返回其起源時,必須通過的路徑往往被廢棄。理想情況下,電路板的一層是專門用來接地的,直到GND這個路徑不比一個通孔長多少。然而,一些電路板布局在接地平面上有一個傷口,從而驅動接地電流從芯片回到電源。GND當電流按這種方式傳輸時,它作為推送或接收噪聲的天線。


六、速率不應超過要求的水平

業內有一種趨勢,即擔心時序裕度,使用盡可能快的邏輯器件給出最佳時間裕度。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間標準的邏輯器件。FPGA允許將驅動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,邏輯線上的串聯電阻可以用來降低系統中的信號轉換率。


七、電源線電感

在第二種方法中,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。電源線中的電感是同一問題的另一個層次。通過在電源線上布置電感或鐵氧體磁珠,強制連接到電源的電路可以滿足電容器(而不是電源)的動態功率要求。


八、電容器布置在開關電源的鍵入端

汽車設計師擔心影響的是,AM電磁波段。大多數汽車都配備了一個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。如果某個部件在該頻段內發送信號,很有可能是AM我在錄音機里聽到了。許多開關電源使用的開關頻率都位于此頻帶內,這導致了汽車應用中的問題。因此,大多數汽車開關電源的開關頻率高于該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開關電源的輸入或輸出端沒有提供足夠的過濾,這種開關噪聲將進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緩解可能的問題EMI的dv/dt和di/dt問題。然而,電感器和/或電容器具有與自諧振相關的不相關的不利特性。這種情況通??梢酝ㄟ^增加與電感器連接的電阻來糾正。這種電阻可以吸收振動形成的動能,從而避免其增加到足以造成問題的程度。當有一個串聯電感器通向一個包含旁路電容器的組件(來自電源線的分離部件或寄生電感)時,它將導致另一個隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上,電路可能會振蕩。同樣,這種情況也可以用電阻(通常與電感器并聯)來解決。


十、峰值輻射可以通過擴頻記錄降低

針對FPD-Link串化器或解串器(SerDes)對于其他部件,通常有一個數據總線和時鐘,具有擴頻記時選項。在擴頻記錄中,調制時鐘信號。其結果是,由時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這是一個很好的解弦器案例,經常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。這種設備用于優秀的駕駛輔助系統(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鐘,并與數據一起導出時鐘Cpu應用。10或12條快速數據線與快速時鐘同時改變控制是原因EMI一個主要來源。為了降低該EMI,DS90UB914A具有應用擴頻時鐘和導出數據(而不是圖像傳感器提供的低振動時鐘)的選項。根據解弦器中的存儲器控制擴頻時鐘。


結語

由于汽車越來越依賴電子設備來實現不限于娛樂和舒適的,而不局限于娛樂和舒適,因此需要實現無誤操作和其他軟件的影響。根據本文中簡要描述的技術和方法,并選擇合適的部件進行EMC測試,工程師可以設計一個穩定的系統,使汽車系統不受影響EMI受問題影響,工作可靠。


相關關鍵詞: EMC測試電磁兼容EMI
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