汽車電子EMC的標(biāo)準(zhǔn)，EMC測(cè)試出現(xiàn)的主要問(wèn)題

前言

自動(dòng)駕駛汽車和ADAS系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)汽車行業(yè)走向更復(fù)雜的EMC設(shè)計(jì)和要求更高的測(cè)試場(chǎng)景。對(duì)于需要既可靠的功能又不影響安全性和通信基礎(chǔ)設(shè)施的汽車電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，車輛設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜。汽車系統(tǒng)中電子產(chǎn)品的增加不僅預(yù)示著ECU的控制系統(tǒng)發(fā)生了根本變化，而且車輛的通信信息、安全和移動(dòng)娛樂(lè)系統(tǒng)也發(fā)生了根本變化。重要的是車輛的所有電子設(shè)備都需要符合電磁兼容，并且不會(huì)干擾其它系統(tǒng)。

汽車電子的主要標(biāo)準(zhǔn)

汽車工業(yè)和汽車制造商的目標(biāo)是滿足關(guān)于電磁兼容性（EMC）的要求，大致分為兩個(gè)，即必須確保電子設(shè)備不會(huì)發(fā)出過(guò)多的電磁干擾噪聲（EMI）和不受其他系統(tǒng)發(fā)出的噪聲所影響（EMS）。

電磁噪聲

電磁兼容性（EMC）相關(guān)的汽車標(biāo)準(zhǔn)主要由CISPR，ISO和SAE頒發(fā)。

CISPR25是具有不同測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。它要求測(cè)試電磁噪聲水平至少比最低測(cè)量水平低6dB。另一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是ISO11452-4大電流注入（BCI），用于檢查元件是否受到窄帶電磁場(chǎng)的影響。通過(guò)使用電流探頭直接在布線中耦合噪聲來(lái)執(zhí)行測(cè)試。

CISPR25包含在150kHz至2.5GHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量無(wú)線電干擾的限制和程序。該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何用于車輛，拖車和設(shè)備的電子電氣部件。CISPR25定義了如下圖所示的測(cè)試配置，用于測(cè)量設(shè)備發(fā)出的輻射的噪聲。

EMI輻射噪聲測(cè)試配置示例

EMC測(cè)試出現(xiàn)的主要問(wèn)題

當(dāng)通過(guò)傳輸線發(fā)送高速信號(hào)并且遇到特征阻抗的變化時(shí)，部分信號(hào)被反射回來(lái)而另一個(gè)信號(hào)沿著線路繼續(xù)發(fā)射出去。發(fā)射可能是由信號(hào)線路中斷或地平面引起的。為此，必須避免信號(hào)線路上的銳角。為了最大限度地減少對(duì)組件的反射，使用小型組件（如0402尺寸）并將線路寬度設(shè)置為等于0402尺寸組件的寬度非常重要。

在實(shí)際測(cè)試中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多EMI的問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上大多是時(shí)鐘信號(hào)或者時(shí)鐘信號(hào)倍頻超標(biāo)，有一種比較有效的方法可以實(shí)現(xiàn)EMI降噪——展頻SSCG（SpreadSpectrumClockGenerator）是一種非常有效且低成本的解決EMI問(wèn)題的方案，可以在保證時(shí)鐘信號(hào)完整性的基礎(chǔ)上應(yīng)對(duì)更廣頻率范圍內(nèi)EMI問(wèn)題。相比傳統(tǒng)上使用鐵氧體磁珠和射頻扼流線圈抑EMI，SSCG通過(guò)時(shí)鐘內(nèi)部集成電路調(diào)制頻率的手段來(lái)達(dá)到抑制EMI峰值的目的。SSCG不僅調(diào)制時(shí)鐘源，其它的同步于時(shí)鐘源的數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)，在時(shí)鐘展頻的同時(shí)也一并得以調(diào)制，整體的EMI峰值都會(huì)因此減小，所以說(shuō)時(shí)鐘展頻是系統(tǒng)級(jí)的EMI解決方案，這SSCG相比其它抑制EMI措施的最大優(yōu)勢(shì)。另外SSCG功能可以由用戶選擇不同配置，可以打開(kāi)或者關(guān)閉，以及設(shè)置不同的調(diào)制頻率范圍等，應(yīng)用起來(lái)非常靈活。通過(guò)對(duì)尖峰時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制處理，使其從一個(gè)窄帶時(shí)鐘變?yōu)橐粋€(gè)具有邊帶諧波的頻譜，將尖峰能量分散到展頻區(qū)域的多個(gè)頻率段，從而達(dá)到降低尖峰能量，抑制EMI的效果，實(shí)現(xiàn)了降低時(shí)鐘的輻射。它是一種有源解決方案，可以保持時(shí)鐘的完整性，并且可以覆蓋各種頻率。

使用展頻降低EMI

電源電路

各種電子設(shè)備安裝在具有不同電源的車輛上，但開(kāi)關(guān)電源才是產(chǎn)生噪聲的主要來(lái)源。在不可能改變開(kāi)關(guān)頻率的情況下，必須引入噪聲抑制措施。用于汽車系統(tǒng)的DC-DC解決方案具有2MHz的開(kāi)關(guān)頻率。因此，在AM無(wú)線電（從530kHz到1.8MHz）的范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)樗陀?MHz，但是需要對(duì)具有高于2MHz的值的對(duì)策，特別是對(duì)于30MHz以上的高噪聲頻率是最重要的，因?yàn)樗a(chǎn)生的干擾會(huì)影響其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行。示意圖如下圖所示。

根據(jù)開(kāi)關(guān)位置，在各種情況下帶電流回路的降壓變換器

環(huán)路的寄生電感產(chǎn)生高頻電壓，因此產(chǎn)生噪聲。

ICDC-DC降壓模型

改善方法可以使用適當(dāng)?shù)钠帘蝸?lái)抑制高達(dá)20MHz的噪聲。或者在電源連接器旁邊插入共模線圈（CMCC）以抑制20MHz或更高頻率的共模噪聲，亦或者在電源連接器附近插入LPF以抑制20MHz或更高頻率下正常模式下的噪聲，具體用哪種，還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估。在下圖中，描述了實(shí)現(xiàn)電路。

具有噪聲抑制方法的電路模型

總結(jié)

汽車工業(yè)的快速發(fā)展推動(dòng)汽車電子面臨的問(wèn)題越來(lái)越多，在實(shí)際整改中單一措施并不能完全解決EMC問(wèn)題，但是只要找對(duì)問(wèn)題源頭，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)钠骷瓦m當(dāng)?shù)?a target="_blank">PCB設(shè)計(jì)布線，所有的問(wèn)題都能迎刃而解。
責(zé)任編輯人：CC