汽車電子零部件的BCI試驗與EMC整改措施

BCI試驗是汽車電子零部件必須測試而又難以通過的試驗項目之一，如果不夠熟悉，就很難對問題進行有效定位及診斷，從而浪費大量的時間在不斷嘗試各種無效的整改措施。本文提供實際整改案例，以供大家共同學習。

汽車NFC進入/啟動模塊有什么功能，估計有一部分同學是不了解的，這里先簡單介紹一下：簡單來說就是，我們平時刷手機坐公交、坐地鐵、開門禁這個過程，用的就是NFC近場通訊技術。而手機NFC車鑰匙也很好理解，就是你以后開車再也不需要著拿著車鑰匙了，只需要用手機NFC刷一下汽車的車門門禁，就能完成汽車的解鎖或閉鎖車門、點火啟動車輛等全部操作了。

汽車電子零部件-BCI(大電流注入)試驗

為了避免出現NFC鑰匙不靈敏或受干擾的情況，汽車NFC進入模塊往往需要進行多項相關的汽車電子零部件的EMC試驗，而BCI(大電流注入)試驗則是其中一項。也是許多汽車電子零部件必須通過又難以通過的EMC試驗項目。可能有部分同學對汽車電子零部件的BCI(大電流注入)試驗不是十分的了解，這里還是先作簡單的介紹：大電流注入BCI法(Bulk Current Injection)試驗是評估汽車電子零部件的輻射抗擾試驗之一，試驗場地一般在電磁屏蔽室中進行，其原理是BCI信號發(fā)生器通過BCI電流注入鉗，將RF射頻干擾(測試頻段1MHz~400MHz，模式分為CW和AM)耦合到被測試的汽車零部件的線束上，然后RF射頻干擾通過汽車線束耦合至被測試的汽車電子零部件上，BCI試驗配置如下圖所示。

BCI試驗異?，F象

某型號NFC進入/啟動模塊(以下簡稱“NFC讀卡模塊”)，依據上汽SMTC 3 800 006《電子電器零件/系統(tǒng)電磁兼容測試規(guī)范》標準，對NFC讀卡模塊進行射頻抗干擾-大電流注入法(BCI)試驗時，發(fā)現在12MHz~14MHz、24MHz~28MHz及150MHz~250MHz頻段容易出現NFC讀卡失敗的情況。

模擬BCI異常現象

由于公司EMC實驗室暫無相關BCI試驗設備，為了快速定位相關異常問題，考慮到BCI試驗與CS射頻場感應的傳導騷擾抗擾度(IEC 61000-4-6)試驗的干擾類似，于是采用CS試驗對NFC讀卡模塊前期先進行摸底試驗。試驗方法如下：NFC讀卡模塊采用12V電池供電，將其接口線纜(共3根BAT+、GND和LIN)通過電磁耦合夾進行CS干擾(80%AM調制，1kHz正弦波調幅，試驗頻段150kHz~80MHz，試驗等級10V)耦合。LIN信號線通過LIN轉USB盒連接至筆記本電腦端，NFC卡通過3~4cm的亞克力板放置在NFC讀卡模塊上，筆記本電腦端采用上位機軟件監(jiān)控NFC讀卡的情況。

EMC風險分析

根據以上摸底試驗的結果來分析，異常頻段在12MHz~14MHz和24MHz~28MHz頻段，通過查看NFC讀卡模塊的原理圖和相關芯片的數據手冊，發(fā)現干擾頻段正好落在NFC讀芯片的讀卡頻率13.56MHz及時鐘頻率27.12MHz上。

為了確定干擾的路徑是以傳導還是輻射為主，進行了以下的實驗(實驗現場如下圖所示)：將2#讀卡模塊的接口線纜通過電磁耦合夾進行耦合，2#讀卡模塊不上電，此時將1#讀卡模塊放置在2#讀卡模塊旁邊約3cm~5cm距離，將1#讀卡模塊上電，并通過筆記本電腦測試上位機軟件監(jiān)控1#讀卡模塊的NFC讀卡情況，對2#模塊的接口線纜通過電磁耦合夾注入CS干擾，此時發(fā)現1#讀卡模塊仍然在12MHz~14MHz及24MHz~28MHz頻段出現讀卡失敗的情況。當將1#讀卡模塊調整至2#讀卡模塊距離7cm以上時，1#讀卡模塊則不會受到CS的干擾。因此可以確定CS干擾主要通過空間輻射至1#讀卡模塊的讀卡天線上，導致1#讀卡模塊出現NFC讀卡失敗的情況。

EMC整改措施

針對上述近風險分析，對該產品分別進行以下的整改，具體整改措施如下表所示：

經過上述整改后，至第三方實驗室再次進行BCI試驗，雖有部分頻段有較為明顯的改善，但依然在27MHz、56MHz、68MHz及190MHz等出現讀卡失敗的情況。后通過的CS試驗發(fā)現，NFC讀卡模塊安裝和不安裝塑料外殼試驗時，CS試驗的試驗結果差異比較大，試驗結果如下表對比表格。

通過大量重復上述試驗，試驗結果一致，基本確定該塑料外殼對NFC讀卡模塊有明顯的影響。查看該產品塑膠外殼的材料物性表，該塑料采用型號為BC 30 000000的PA6材料，其電氣特性如下圖所示。

PA(聚酰胺)，俗稱尼龍，是工程塑料中常用的品種之一，通過查閱塑膠材料的相關網站和文獻，PA6的分子結構中含有大量的酰胺基，其分子末端為胺基，是一種強極性聚合物，其強極性的特點使得PA6吸水率大而導致其介電常數較大。通常非極性塑膠材料，如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)等介電常數約為2~3。而強極性材料的PA6特別在吸濕后，其介電常數會明顯增大。

而介電常數通常受三個因素(電場頻率、溫度和濕度)所影響，具體如下表所述。

如上所述，當塑膠外殼的介電常數εr受CS或BCI干擾頻率所影響而發(fā)生改變時，從而導致了PCB板材的特性阻抗Z0也同時發(fā)生變化，繼而導致PCB上的NFC印制讀卡天線的阻抗出現改變，最終導致NFC讀卡出現失敗的情況。其中PCB微帶線的特性阻抗公式如下所示：

EMC整改總結

1、對于汽車電子零部件進行BCI試驗，可以在線纜接口處共模電感等濾波措施，可以有效減少高頻BCI的傳導干擾。

2、EMC整改除了硬件措施的整改外，還可以調整敏感芯片或mcu芯片的寄存器參數或軟件算法，來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

3、產品的EMC性能很多時候體現在很不起眼的設計細節(jié)上，如本案例的外殼材料的選擇上，電子工程師往往很容易忽略，導致EMC問題難以定位或解決。

原文標題：【Z站推薦】EMC整改案例：汽車NFC進入模塊BCI整改

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審核編輯：湯梓紅