汽车电子电磁兼容相关设计问题思路

什么是EMC（电磁兼容）？

简单可以这样理解：产品的抗干扰能力和自身的干扰压制能力。
先了解一下，电磁干扰的条件：
1． 干扰源
2． 干扰的途径(幅射、传导)
3． 被  干扰的设备


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EMC的测试：

产品的磁相容性设计是否良好，就必须在研发整个过程中，就对各种电磁干扰源和传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试。在客户安装和使用设备时，提供了既真实又有效之数据，因此，电磁相容性测试是电磁相容性设计所不可或缺之重要环节。


什么样的产品EMC就是合格的呢？


依据相应之电磁相容性标准和规范，电磁干扰(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)在不同频率范围内，采用不同之方式进行测试。基于我们的产品既可能是一个干扰源，也可能是被   干扰者。因而，电磁相容性测试包含电磁干扰测试(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)。由于电磁相容性测试种类太多，实在无法逐一详细说明，下面列举一般实验室EMC测试标准。


先来了解下面几个名词：


CE表示以传导发射(Conducted Emission)，
CS表示传导耐受性(Conducted usceptibility)，
RE表示辐射发射(Radiated Emission)，
RS表示辐射耐受性(Radiated Susceptibility)。
 


电磁干扰CE及RE测试主要内容有：


产品（电子、电机产品和设备），在各种电磁杂讯环境中之，传导干扰和辐射干扰发射量之测试(例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰)及各种讯号传输时，干扰传递特性之测试(例如各种传输线之传输特性和屏蔽效果)。


电磁耐受性(EMS，包括CS及RS)测试主要内容则有：


1.对电场、磁场之辐射耐受性测试；
2.对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试；
3.对静电放电和各种暂态电磁波(突波或电性快速暂态)之耐受性测试。


1）EMC测试场地一般要求


1. 在不同频率范围内将隔离室屏蔽效益分为，磁场屏蔽(低阻抗场)，电场屏蔽(高阻抗场)平面波电磁场屏蔽和微波屏蔽，其测试仪器之基本配备为：频谱分析仪或EMI测试接收机、场强监视系统、各类讯号产生器、功率放大器、各类衰减器、定向耦合器及各类发射、接收天线(棒状天线、环路天线、对数螺旋天线、喇叭天线等)及输出变压器。

2．常用之电磁干扰EMI(含RE及CE)测试仪器配备有：
EMI自动测试控制系统(电脑及其介面单元)； 
EMI测试接收机(或频谱分析仪) ；
各式天线(主动、被动棒状天线、大小形状环路天线、功率双锥天线、对数螺旋天线、喇叭天线)及天线控制单元等 。
电流注入感应器(Current Probe)、电压感应器、隔离变压器 ；
电源阻抗模拟网路(Line Impedance Stabilization Network，LISN)贯穿电容，储存式示波器，各型滤波器、定向耦合器等 。

3.常用之电磁耐受性EMS(含RS及CS)测试仪器之基本配备需求有：
EMS自动测试控制系统(电脑及其介面单元)； 
EMI测试接收机(或频谱分析仪) ；
各式发射、接收天线；
讯号产生器、功率放大器、场强监视系统；
储存式示波器，注入隔离变压器，各型滤波器、定向耦合器； 



2）电场辐射干扰发射测试：


1.电磁场辐射干扰测试：测试产品及其组件所辐射之电磁发射，包括来自所有组件、电缆及连接线上之杂讯发射。它适用于发射机之基本波发射、假电讯发射、振荡器发射及宽频带发射，但不包括天线之辐射发射与交连导线上之电场辐射（测试分有水平和睡直两种）；

2．电源线传导干扰测试：将电流探夹沿每根电源线之导线分界处到LISN或贯穿电容器之线段上移动，以使频谱分析仪或测试接收机之读数*大，并记录读数，所得结果与规格极限图比较即可知道是否合格；

3.电场辐射耐受性测试：测试设备对于规定频谱成分和规定强度之电场辐射场之耐受性；RF讯号经由天线辐射RF功率，对试件产生干扰，干扰频率范围在80MHz～1GHz，试验方向包括前、后、左、右(上、下)，使用无电波反射室(需符合16点均匀场之规定)，试件至天线距离3米，可加振幅调变（这个项目对我们的产品影响不大）；

4.传导耐受性测试：RF电压直接注入电源线或讯号线，例如ISO 7637 那七个脉冲波形；

5.雷击突波耐受性测试(Surge)：模拟雷击诱导与电感性负载切换，试验模式可分电源线与讯号(通讯)线，试验方法包括正负极性、相位，不同两线接法均可测试，测试前后要同时监测待测件功能是否正常，以判定是否合格；

6.静电测试：用静电枪对设备各个部位注入高压（8KV到16KV可选）静电（结构设计特别要注意的是接插座，外露的螺丝的保护）。


三、我们可以从几个方面减小干扰，和提高自身的抗干扰能力？


1．电路设计、元器件的选择：

1).PCB 和元器件的选用(有要求过UL的一定要选用有UL标记的元器件和94VO的PCB)；

2）．在电路板上每个IC电源脚上并接一个0.01～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。但应注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，而这会影响滤波效果；考虑传导的干扰，在电源进线端要增加电感或磁珠；

3）.在高速的数字电路串联一个小电阻和对地接一个小电容，都能有效降低EMI（比如我们5寸屏的CPH 1~3，STV 1~2）；

4).对EMI较强和容易受干扰的器件和电路加上屏蔽罩（比如我们GPS+后视的产品）；

5).给高压变压器加上屏蔽罩(比如我们5寸屏的高压变压器）；

6). DC\DC 电源滤波电容器要使用高频低损的电容器规格。


2．PCB Layout：

1).布线时应避免90°折线，并尽量减少高频噪声发射；

2).DC\DC PWM端口走线要短、粗、直；

3).处理好差分信号和普通数字信号的走线（差分信号要靠近、平行、等长；普通数字信号要短、不要平行走线）；

4).晶振与芯片引脚应尽量靠近，并用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳要接地并固定。*好在能使用低速晶振的场合尽可能选用低速晶振（比如我们的PIC MCU可以用4MHZ、8MHZ…）；

5).层与层的走线*好成90度（减小分布电容）；

6).模拟地和数字地要分开，模拟地要求单点接地，数字地要求多点接地并尽可能有大片的地回路。

3.结构的设计:

1）.要注意能通过六面跌落测试（主要是不能散架和任何功能上的损坏）；

2）.要注意能通过静电侧试(要跟电子配合，保护引出接插座和PCB有可能被静电打到的地方，外露金属与和PCB铜皮和焊点的**距离)；

3）. 要注意能通过**侧试(模拟产品经过猛烈撞击损坏,掉落的物品是否伤及使用者人身**,比如说我们的显示器TFT破了,是否掉落了足以伤及使用者的玻璃尺寸。测试方法是用钢球弹破TFT屏)。



*后来认识一下我们常见的电缆线（例如我们用的网络线）：


UTP电缆是理想的平衡传输系统，为什么还要用FTP电缆？
UTP电缆是通过芯线的双绞来达到EMC性能，这意味着EMI首先被UTP电缆所接收，随后才被抵消。
FTP电缆的屏蔽原理是什么？
不同于双绞的平衡抵消原理，FTP电缆是在四对双绞线的外面加多一层或两层铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收和集肤效应原理（集肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，集肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其它设备的工作。


四、总结


电磁兼容性测试，基本上是在验证产品量产前是否符合电磁兼容规范，但是，就本人之经验，百分之八、九十的设计者都在产品研发后期，才来考虑电磁相容设计，这时要作EMC问题的修改，往往是无法克尽全功。因此，只有在研发新型号产品之初期，就考虑到产品电磁兼容设计、整体规划，才能有系统地整合元器件选择、接地、布线、滤波、屏蔽等根本因素，完成符合电磁相容设计之电路及PCB布局，从而做好我们的产品。