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汽车行业成功实现EMC测试的10个技巧

前言

汽车工业和每个汽车企业都必须满足各种电磁兼容性(EMC)规定和EMC测试。例如,有两个要求是确保电子系统不会造成太多干扰信号(EMI)或者噪音,它必须能够避免其他软件产生的噪音。本文研究了一些这样的规定,并讨论了一些技巧和方法,以确保设备设计符合这些要求。


EMC规定简述

CISPR25是一种规范,它给出了几种具有建议限制的测试标准,用于评估将要安装在汽车上的部件形成的辐射传输。CISPR除了为制造商提供指导外,大多数制造商还有一套自己的标准CISPR25补充指导规则。CISPR25测试的目的是确保安装在车内的部件不会影响车内的其他软件。

CISPR25规定测试室内的电磁噪声电平必须至少的最低电频低66dB。因为CISPR25的希望噪声电平低至18dB(μV/m)所以需要一个小于12的地方dB(μV/m)环境噪声电平。作为参考,这大致相当于间距天线1km一个典型AM电台广播场强。

在今天的环境中,达到这一规定的唯一途径是在一个独特的房间中进行测试,该房间旨在屏蔽测试环境和外部磁场。此外,由于正常预算需要对检测室的尺寸进行一定的限制,因此避免检测室内检测环境中信号反射的不利影响是非常重要的。因此,检测室的墙壁必须嵌入某种不反射电磁(EM)波的材料(图1)。检测室的成本非常昂贵,通常每小时租时内出租。为了降低成本,最好在设计上正确EMC/EMI评估难题,然后在检测室完成一次成功。


一、保持小环路

当存在磁场时,由导电材料形成的回路作为天线,并将磁场转换为围绕回路流动的电流。电流强度与闭环的面积正相关。因此,应尽可能防止回路的出现,并使必要的封闭区域的面积尽可能小。例如,当存在差分数据信号时,可能会有一个回路。在选择差分线的发射机和接收机之间形成一个回路。

另一个常见的回路出现在两个子系统使用相同电路的地方,也许是一个显示器和一个模块控制电路来推动显示器(ECU)。底盘中有一个公共接地(GND)线表示端和全面ECU端至该GND一条连接线。当视频信号连接到具有自己接地线的显示屏时,它将在接地平面内形成一个巨大的回路。在某些地方,这种回路是不可避免的。然而,尽管在地面连接线中引入电感或铁氧体磁珠,DC环路仍将存在,但从RF从辐射的角度来看,这条环路已经断了。

此外,当根据双绞线电缆传输信号时,每对差分控制器/接收器也将形成一个回路。一般来说,由于双绞线是紧密连接的,因此连接电缆部分的回路面积很小。但是,一旦信号到达电路板,应保持紧密连接,以防止扩大回路面积。


二、旁路电容不可或缺

CMOS电路非常受欢迎,部分原因是它具有高速和非常低的功。CMOS当需要充电和放电时,电路仅在其变化和节点电容时消耗功率。从电源的角度来看,平均流量消耗为10mA的CMOS在时钟变换期间,电路吸收的电流可能高出许多倍,但在时钟变换期间的流量消耗非常低,甚至为零。因此,辐射限制方法侧重于电压和电流的峰值,而不是平均值。

在时钟转换过程中,从电源到芯片电源管脚的电流浪涌是主要的辐射源。根据每个电源管脚周围的旁通电容器,电容器将直接提供在时钟脉冲边缘期间为芯片供电所需的电流。然后,在时钟转换周期的中间,电容器中的电荷使用较低且稳定的电流积累。较大的电容器适用于电流激增,但对快速标准的反应能力较差。特别是小型电容器可以快速响应需求,但其总电荷容量有限,消耗快。对于大多数电路,最好的解决方案是混合不同尺寸的电容器(也许1μF和0.01μF电容器并联)。较小的电容器布置在非常靠近设备电源脚的区域,而较大的电容器可以放置在距离电源脚较远的区域。


第三,更好的匹配电阻可以最大限度地减少EMI

当根据传输线传输快速信号并在传输线上遇到特征阻抗的变化时,部分信号将被反射回信号源,部分信号将继续沿着原来的方向传输。反射会导致辐射,一点总是不变的。实现低水平EMI,必须遵循适当的快速设计实践。有大量优秀的资源为您带来相关的传输线路定制信息。以下是在设计传输线路时提出的一些预防措施:

请记住,在接地平面和信号接线之间有一个信号。辐射可能是由信号接线接地平面的最终断开引起的,因此应注意信号接线下的接地平面创伤或最终断开。尽量避免在信号布线的排列中出现钝角。精致的弯角会比直角转角好得多。

一般,FPD-Link信号将允许零件对其进行分接;例如:同轴线电源,电源连接,AC莲花电容器,这些。为了尽量减少该部件中的反射,可以尝试应用0402模型的小部件,并将接线宽度设置为与0402部件焊接层相同的宽度。此外,接线的特征阻抗应根据操作层中电介质的厚度进行设置。


四,屏蔽

应该使用好的屏蔽方法,在这一点上没有捷径可走。当设计旨在尽量减少辐射时,需要在导致问题电路的部分周围进行屏蔽。虽然它仍然可以辐射能量,但更好的屏蔽可以捕捉辐射,并在它们逃离系统之前将其发送到地面。下图显示了如何操纵屏蔽EMI的。


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屏蔽可以以各种形式使用。也许很容易将系统关闭在导电外壳中,或者可能是一个小的定制塑料外壳,焊接在辐射源上方。


五、接地线短

注入芯片的所有电流也将再次从芯片中排出。本文介绍的几种方法提到,芯片的连接线必须简短,例如,旁通电容器应接近IC,保持一个小的回路等。然而,当接地电流返回其起源时,必须通过的路径往往被废弃。理想情况下,电路板的一层是专门用来接地的,直到GND这个路径不比一个通孔长多少。然而,一些电路板布局在接地平面上有一个伤口,从而驱动接地电流从芯片回到电源。GND当电流按这种方式传输时,它作为推送或接收噪声的天线。


六、速率不应超过要求的水平

业内有一种趋势,即担心时序裕度,使用尽可能快的逻辑器件给出最佳时间裕度。不幸的是,非常快速的逻辑器件具有陡峭的脉冲边缘和非常高的频率组件,这将产生EMI。减少系统EMI一种测量方法是使用速率尽可能低但仍将达到时间标准的逻辑器件。FPGA允许将驱动强度设置在较低的水平,这是降低边缘速度的一种方法。在某些地方,逻辑线上的串联电阻可以用来降低系统中的信号转换率。


七、电源线电感

在第二种方法中,我们讨论了旁通电容器可以作为减少电流浪涌危害的一种手段。电源线中的电感是同一问题的另一个层次。通过在电源线上布置电感或铁氧体磁珠,强制连接到电源的电路可以满足电容器(而不是电源)的动态功率要求。


八、电容器布置在开关电源的键入端

汽车设计师担心影响的是,AM电磁波段。大多数汽车都配备了一个AM录音机,其可调谐频率范围为500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某个部件在该频段内发送信号,很有可能是AM我在录音机里听到了。许多开关电源使用的开关频率都位于此频带内,这导致了汽车应用中的问题。因此,大多数汽车开关电源的开关频率高于该频带-通常为2MHz或更高。如果在开关电源的输入或输出端没有提供足够的过滤,这种开关噪声将进入其他对基频或次谐波频率敏感的子系统。


九、密切注意谐振

对于各种不同的干扰源,需要使用电感器和电容器来缓解可能的问题EMI的dv/dt和di/dt问题。然而,电感器和/或电容器具有与自谐振相关的不相关的不利特性。这种情况通常可以通过增加与电感器连接的电阻来纠正。这种电阻可以吸收振动形成的动能,从而避免其增加到足以造成问题的程度。当有一个串联电感器通向一个包含旁路电容器的组件(来自电源线的分离部件或寄生电感)时,它将导致另一个隐藏的问题。由此形成的L-C在谐振频率上,电路可能会振荡。同样,这种情况也可以用电阻(通常与电感器并联)来解决。


十、峰值辐射可以通过扩频记录降低

针对FPD-Link串化器或解串器(SerDes)对于其他部件,通常有一个数据总线和时钟,具有扩频记时选项。在扩频记录中,调制时钟信号。其结果是,由时钟和信号脉冲边缘引起的能量传播在比必须占用的频段更广的频率范围内。因为EMI该标准被设定为限定一个频段内所有频率的峰值辐射,因此在较宽的频段内传播噪声有助于大幅降低噪声峰值。DS90UB914A-Q1这是一个很好的解弦器案例,经常与之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。这种设备用于优秀的驾驶辅助系统(ADAS)视频链接在摄像机和处理器之间。解码器承担由摄像机中的图像传感器向串行器提供的时钟,并与数据一起导出时钟Cpu应用。10或12条快速数据线与快速时钟同时改变控制是原因EMI一个主要来源。为了降低该EMI,DS90UB914A具有应用扩频时钟和导出数据(而不是图像传感器提供的低振动时钟)的选项。根据解弦器中的存储器控制扩频时钟。


结语

由于汽车越来越依赖电子设备来实现不限于娱乐和舒适的,而不局限于娱乐和舒适,因此需要实现无误操作和其他软件的影响。根据本文中简要描述的技术和方法,并选择合适的部件进行EMC测试,工程师可以设计一个稳定的系统,使汽车系统不受影响EMI受问题影响,工作可靠。


相关关键词: EMC测试电磁兼容EMI
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