根治電磁兼容問題 地偏移測試與整車系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

伴隨越來越多的高科技汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用,如何解決汽車電子系統(tǒng)的電磁兼容問題,提高汽車的可靠性和安全性,已經(jīng)成為一個(gè)非常重要和迫切的問題。然而接地設(shè)計(jì)作為根治電磁兼容問題方法之一,地偏移測試顯得就尤為重要了,因此本文對接地設(shè)計(jì)及地偏移測試進(jìn)行了解讀。

一、整車系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

1、地線的意義

地線在汽車上不僅僅是一個(gè)接點(diǎn),它是一個(gè)綜合的系統(tǒng)的汽車電氣系統(tǒng),它的主要功能有:

●提供給直流負(fù)載、交流負(fù)載和瞬變負(fù)載電流回路,連接蓄電池或發(fā)電機(jī)的負(fù)極端;

●提供電壓給傳感器、通訊系統(tǒng)、單端數(shù)字輸入等;

●靜電屏蔽,隔離外部RF輻射;

●提供靜電放電泄流,ESD保護(hù);

●汽車天線的地平面;

●降低電平,減小腐蝕。

2、地線可靠性

地線回路的可靠性主要由以下幾個(gè)主要關(guān)鍵因素決定:

●接地金屬的連接面,包括接地板之間、接地線和接地板之間的連接情況;

●涂覆層及潤滑油對傳導(dǎo)地線連接板及其緊固件的影響;

●潛在的腐蝕;

●潛在的機(jī)械退化。

3、汽車上接地的符號以及接地回路見下

整車電氣地:主要為 DC 回路中發(fā)電機(jī)和蓄電池,以及 AC 回路中所有產(chǎn)品 RF 地;

整車結(jié)構(gòu)地:標(biāo)識為汽車結(jié)構(gòu)件(例如發(fā)動機(jī)、白車身等)接地標(biāo)識;

產(chǎn)品電路接地:產(chǎn)品電路接地,包括模擬地、數(shù)字地都可以使用此符號;

4、實(shí)車使用的接地結(jié)構(gòu)圖

圖1 實(shí)車的接地結(jié)構(gòu)圖

此為實(shí)車使用的接地結(jié)構(gòu)圖,其中所有的接地最終回到蓄電池和發(fā)電機(jī)的負(fù)極端。隨著頻率的增大,回路的阻抗也會增大,最終會導(dǎo)致電流流過不希望的回路,出現(xiàn)共模干擾,進(jìn)而產(chǎn)生EMC效應(yīng),損壞產(chǎn)品。

那么大家會問為什么地偏移會產(chǎn)生共模干擾呢?提到共模干擾不得不說差模干擾,下面我們一起了解一下吧。

二、共模干擾與差模干擾

電器設(shè)備的通信線, 與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號,在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時(shí)有兩種形態(tài), 一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模";另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。

圖 2

如上圖, 藍(lán)色信號是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)?我們稱之為"差模";而黃信號是在信號與地線之間傳輸?shù)?我們稱之為"共模"。

任何兩根電源線或通信線上所存在的干擾,均可用共模干擾和差模干擾來表示:共模干擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾,它定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差;差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸,屬于對稱性干擾,它定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間的不希望有的電位差。在一般情況下,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。圖3為共模干擾。

圖 3

共模干擾的電流大小不一定相等,但是方向(相位)相同的。電氣設(shè)備對外的干擾多以共模干擾為主,外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會對設(shè)備產(chǎn)生危害,但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_,干擾就嚴(yán)重了,因?yàn)橛杏眯盘柖际遣钅Ｐ盘?。如圖4為差模干擾。

圖 4

差模干擾的電流大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續(xù),以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會轉(zhuǎn)換成共模電流。

發(fā)生了地偏移為了保證車網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信,沒有錯(cuò)誤幀的出現(xiàn),需要進(jìn)行整車的地偏移測試。

三、CANDT地偏移測試

1、測試目的

本測試用例用于檢查發(fā)生地偏移故障狀態(tài)過程中 DUT 的 CAN 總線通信狀態(tài),并檢查該故障修復(fù)后 DUT 是否能夠恢復(fù) CAN 總線通信。

2、判斷依據(jù)

在地偏移電壓從 0V 變化至 2V(用戶可設(shè)置該范圍) 過程中,不允許DUT 出現(xiàn)CAN 總線通信故障(如:發(fā)送錯(cuò)誤幀等)。

3、測試原理及步驟

圖 5

●配置控制板至地偏移測試模式;

●配置并開啟 DUT 電源;

●CANScope 正常模式連接;

●通過調(diào)節(jié)電壓源將DUT的接地電壓,直至 DUT 停止 CAN 總線通信;

●恢復(fù) DUT 的接地電壓為正常狀態(tài)(0V 左右),使用 CANScope 記錄 DUT 發(fā)送的CAN 總線數(shù)據(jù);

●分析能否正確接收報(bào)文并判定結(jié)果。

本測試用于檢驗(yàn)組件的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)情況,比如一個(gè)組件的電源由蓄電池和發(fā)動機(jī)雙路提供,電源電壓可能不一致,導(dǎo)致地偏移發(fā)生,為了檢測CAN信號能否正常通信,可以使用ZLG致遠(yuǎn)電子的CANDT一致性測試系統(tǒng)。

CANDT一致性測試系統(tǒng)

CANDT一致性測試系統(tǒng)可自動化完成CAN節(jié)點(diǎn)物理層、鏈路層及應(yīng)用層一致性測試,是當(dāng)前CAN總線測試領(lǐng)域唯一能夠進(jìn)行完善的物理層自動化測試并導(dǎo)出報(bào)表的儀器設(shè)備,詳情架構(gòu)如下圖

圖6

根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn),用CANDT對總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地偏移進(jìn)行一致性測試,測試結(jié)果可生成報(bào)表,如圖7所示。

圖7

●測試完成后,用戶可導(dǎo)出自動化測試報(bào)告,對于未通過的測試項(xiàng)目可使用CAN總線分析儀對故障進(jìn)行干擾排除并進(jìn)行可靠性測試,以加強(qiáng)被測設(shè)備的魯棒性,并且ZLG致遠(yuǎn)電子的CAN總線專家會協(xié)助用戶,對未通過項(xiàng)目進(jìn)行分析,給出整改建議;

●根據(jù)測試報(bào)告,還可以跟蹤測試條目的標(biāo)準(zhǔn)出處、測試步驟以及判斷依據(jù)等;

●主機(jī)廠可以依據(jù)此報(bào)告評估CAN節(jié)點(diǎn)質(zhì)量,作為主機(jī)廠準(zhǔn)入依據(jù)。