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汽車行業(yè)成功實(shí)現(xiàn)EMC測試的10個(gè)技巧
EMC規(guī)定簡述
CISPR25是一種規(guī)范，它給出了幾種具有建議限制的測試標(biāo)準(zhǔn)，用于評估將要安裝在汽車上的部件形成的輻射傳輸。CISPR除了為制造商提供指導(dǎo)外，大多數(shù)制造商還有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)CISPR25補(bǔ)充指導(dǎo)規(guī)則。CISPR25測試的目的是確保安裝在車內(nèi)的部件不會影響車內(nèi)的其他軟件。
CISPR25規(guī)定測試室內(nèi)的電磁噪聲電平必須至少的*低電頻低66dB。因?yàn)镃ISPR25的希望噪聲電平低至18dB（μV/m）所以需要一個(gè)小于12的地方dB（μV/m）環(huán)境噪聲電平。作為參考，這大致相當(dāng)于間距天線1km一個(gè)典型AM電臺廣播場強(qiáng)。
在今天的環(huán)境中，達(dá)到這一規(guī)定的**途徑是在一個(gè)獨(dú)特的房間中進(jìn)行測試，該房間旨在屏蔽測試環(huán)境和外部磁場。此外，由于正常預(yù)算需要對檢測室的尺寸進(jìn)行一定的限制，因此避**測室內(nèi)檢測環(huán)境中信號反射的不利影響是非常重要的。因此，檢測室的墻壁必須嵌入某種不反射電磁（EM）波的材料(圖1)。檢測室的成本非常昂貴，通常每小時(shí)租時(shí)內(nèi)出租。為了降低成本，*好在設(shè)計(jì)上正確EMC/EMI評估難題，然后在檢測室完成一次成功。
一、保持小環(huán)路
當(dāng)存在磁場時(shí)，由導(dǎo)電材料形成的回路作為天線，并將磁場轉(zhuǎn)換為圍繞回路流動(dòng)的電流。電流強(qiáng)度與閉環(huán)的面積正相關(guān)。因此，應(yīng)盡可能防止回路的出現(xiàn)，并使必要的封閉區(qū)域的面積盡可能小。例如，當(dāng)存在差分?jǐn)?shù)據(jù)信號時(shí)，可能會有一個(gè)回路。在選擇差分線的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成一個(gè)回路。
另一個(gè)常見的回路出現(xiàn)在兩個(gè)子系統(tǒng)使用相同電路的地方，也許是一個(gè)顯示器和一個(gè)模塊控制電路來推動(dòng)顯示器（ECU）。底盤中有一個(gè)公共接地（GND）線表示端和**ECU端至該GND一條連接線。當(dāng)視頻信號連接到具有自己接地線的顯示屏?xí)r，它將在接地平面內(nèi)形成一個(gè)巨大的回路。在某些地方，這種回路是不可避免的。然而，盡管在地面連接線中引入電感或鐵氧體磁珠，DC環(huán)路仍將存在，但從RF從輻射的角度來看，這條環(huán)路已經(jīng)斷了。
此外，當(dāng)根據(jù)雙絞線電纜傳輸信號時(shí)，每對差分控制器/接收器也將形成一個(gè)回路。一般來說，由于雙絞線是緊密連接的，因此連接電纜部分的回路面積很小。但是，一旦信號到達(dá)電路板，應(yīng)保持緊密連接，以防止擴(kuò)大回路面積。
二、旁路電容不可或缺
CMOS電路非常受歡迎，部分原因是它具有高速和非常低的功。CMOS當(dāng)需要充電和放電時(shí)，電路僅在其變化和節(jié)點(diǎn)電容時(shí)消耗功率。從電源的角度來看，平均流量消耗為10mA的CMOS在時(shí)鐘變換期間，電路吸收的電流可能高出許多倍，但在時(shí)鐘變換期間的流量消耗非常低，甚至為零。因此，輻射限制方法側(cè)重于電壓和電流的峰值，而不是平均值。
在時(shí)鐘轉(zhuǎn)換過程中，從電源到芯片電源管腳的電流浪涌是主要的輻射源。根據(jù)每個(gè)電源管腳周圍的旁通電容器，電容器將直接提供在時(shí)鐘脈沖邊緣期間為芯片供電所需的電流。然后，在時(shí)鐘轉(zhuǎn)換周期的中間，電容器中的電荷使用較低且穩(wěn)定的電流積累。較大的電容器適用于電流激增，但對快速標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)能力較差。特別是小型電容器可以快速響應(yīng)需求，但其總電荷容量有限，消耗快。對于大多數(shù)電路，*好的解決方案是混合不同尺寸的電容器(也許1μF和0.01μF電容器并聯(lián))。較小的電容器布置在非?？拷O(shè)備電源腳的區(qū)域，而較大的電容器可以放置在距離電源腳較遠(yuǎn)的區(qū)域。
三、更好的匹配電阻可以*大限度地減少EMI
當(dāng)根據(jù)傳輸線傳輸快速信號并在傳輸線上遇到特征阻抗的變化時(shí)，部分信號將被反射回信號源，部分信號將繼續(xù)沿著原來的方向傳輸。反射會導(dǎo)致輻射，一點(diǎn)總是不變的。實(shí)現(xiàn)低水平EMI，必須遵循適當(dāng)?shù)目焖僭O(shè)計(jì)實(shí)踐。有大量優(yōu)良的資源為您帶來相關(guān)的傳輸線路定制信息。以下是在設(shè)計(jì)傳輸線路時(shí)提出的一些預(yù)防措施：
請記住，在接地平面和信號接線之間有一個(gè)信號。輻射可能是由信號接線接地平面的*終斷開引起的，因此應(yīng)注意信號接線下的接地平面創(chuàng)傷或*終斷開。盡量避免在信號布線的排列中出現(xiàn)鈍角。精致的彎角會比直角轉(zhuǎn)角好得多。
一般，F(xiàn)PD-Link信號將允許零件對其進(jìn)行分接；例如：同軸線電源，電源連接，AC蓮花電容器，這些。為了盡量減少該部件中的反射，可以嘗試應(yīng)用0402模型的小部件，并將接線寬度設(shè)置為與0402部件焊接層相同的寬度。此外，接線的特征阻抗應(yīng)根據(jù)操作層中電介質(zhì)的厚度進(jìn)行設(shè)置。
四、屏蔽
應(yīng)該使用好的屏蔽方法，在這一點(diǎn)上沒有捷徑可走。當(dāng)設(shè)計(jì)旨在盡量減少輻射時(shí)，需要在導(dǎo)致問題電路的部分周圍進(jìn)行屏蔽。雖然它仍然可以輻射能量，但更好的屏蔽可以捕捉輻射，并在它們逃離系統(tǒng)之前將其發(fā)送到地面。下圖顯示了如何操縱屏蔽EMI的。
屏蔽可以以各種形式使用。也許很容易將系統(tǒng)關(guān)閉在導(dǎo)電外殼中，或者可能是一個(gè)小的定制塑料外殼，焊接在輻射源上方。
五、接地線短
注入芯片的所有電流也將再次從芯片中排出。本文介紹的幾種方法提到，芯片的連接線必須簡短，例如，旁通電容器應(yīng)接近IC，保持一個(gè)小的回路等。然而，當(dāng)接地電流返回其起源時(shí)，必須通過的路徑往往被廢棄。理想情況下，電路板的一層是專門用來接地的，直到GND這個(gè)路徑不比一個(gè)通孔長多少。然而，一些電路板布局在接地平面上有一個(gè)傷口，從而驅(qū)動(dòng)接地電流從芯片回到電源。GND當(dāng)電流按這種方式傳輸時(shí)，它作為推送或接收噪聲的天線。
六、速率不應(yīng)超過要求的水平
業(yè)內(nèi)有一種趨勢，即擔(dān)心時(shí)序裕度，使用盡可能快的邏輯器件給出*佳時(shí)間裕度。不幸的是，非?？焖俚倪壿嬈骷哂卸盖偷拿}沖邊緣和非常高的頻率組件，這將產(chǎn)生EMI。減少系統(tǒng)EMI一種測量方法是使用速率盡可能低但仍將達(dá)到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的邏輯器件。FPGA允許將驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度設(shè)置在較低的水平，這是降低邊緣速度的一種方法。在某些地方，邏輯線上的串聯(lián)電阻可以用來降低系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換率。
七、電源線電感
在**種方法中，我們討論了旁通電容器可以作為減少電流浪涌危害的一種手段。電源線中的電感是同一問題的另一個(gè)層次。通過在電源線上布置電感或鐵氧體磁珠，強(qiáng)制連接到電源的電路可以滿足電容器（而不是電源）的動(dòng)態(tài)功率要求。
八、電容器布置在開關(guān)電源的鍵入端
汽車設(shè)計(jì)師擔(dān)心影響的是，AM電磁波段。大多數(shù)汽車都配備了一個(gè)AM錄音機(jī)，其可調(diào)諧頻率范圍為500kHz至1.5MHz非常敏感的高增益放大器。如果某個(gè)部件在該頻段內(nèi)發(fā)送信號，很有可能是AM我在錄音機(jī)里聽到了。許多開關(guān)電源使用的開關(guān)頻率都位于此頻帶內(nèi)，這導(dǎo)致了汽車應(yīng)用中的問題。因此，大多數(shù)汽車開關(guān)電源的開關(guān)頻率高于該頻帶-通常為2MHz或更高。如果在開關(guān)電源的輸入或輸出端沒有提供足夠的過濾，這種開關(guān)噪聲將進(jìn)入其他對基頻或次諧波頻率敏感的子系統(tǒng)。
九、密切注意諧振
對于各種不同的干擾源，需要使用電感器和電容器來緩解可能的問題EMI的dv/dt和di/dt問題。然而，電感器和/或電容器具有與自諧振相關(guān)的不相關(guān)的不利特性。這種情況通?？梢酝ㄟ^增加與電感器連接的電阻來糾正。這種電阻可以吸收振動(dòng)形成的動(dòng)能，從而避免其增加到足以造成問題的程度。當(dāng)有一個(gè)串聯(lián)電感器通向一個(gè)包含旁路電容器的組件（來自電源線的分離部件或寄生電感）時(shí)，它將導(dǎo)致另一個(gè)隱藏的問題。由此形成的L-C在諧振頻率上，電路可能會振蕩。同樣，這種情況也可以用電阻(通常與電感器并聯(lián))來解決。
十、峰值輻射可以通過擴(kuò)頻記錄降低
針對FPD-Link串化器或解串器（SerDes）對于其他部件，通常有一個(gè)數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘，具有擴(kuò)頻記時(shí)選項(xiàng)。在擴(kuò)頻記錄中，調(diào)制時(shí)鐘信號。其結(jié)果是，由時(shí)鐘和信號脈沖邊緣引起的能量傳播在比必須占用的頻段更廣的頻率范圍內(nèi)。因?yàn)镋MI該標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)定為限定一個(gè)頻段內(nèi)所有頻率的峰值輻射，因此在較寬的頻段內(nèi)傳播噪聲有助于大幅降低噪聲峰值。DS90UB914A-Q1這是一個(gè)很好的解弦器案例，經(jīng)常與之配合DS90UB913A-Q串化器一起使用。這種設(shè)備用于優(yōu)良的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）視頻鏈接在攝像機(jī)和處理器之間。解 碼 器承擔(dān)由攝像機(jī)中的圖像傳感器向串行器提供的時(shí)鐘，并與數(shù)據(jù)一起導(dǎo)出時(shí)鐘Cpu應(yīng)用。10或12條快速數(shù)據(jù)線與快速時(shí)鐘同時(shí)改變控制是原因EMI一個(gè)主要來源。為了降低該EMI，DS90UB914A具有應(yīng)用擴(kuò)頻時(shí)鐘和導(dǎo)出數(shù)據(jù)（而不是圖像傳感器提供的低振動(dòng)時(shí)鐘）的選項(xiàng)。根據(jù)解弦器中的存儲器控制擴(kuò)頻時(shí)鐘。
由于汽車越來越依賴電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)不限于娛樂和舒適的，而不局限于娛樂和舒適，因此需要實(shí)現(xiàn)無誤操作和其他軟件的影響。根據(jù)本文中簡要描述的技術(shù)和方法，并選擇合適的部件進(jìn)行EMC測試，工程師可以設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，使汽車系統(tǒng)不受影響EMI受問題影響，工作可靠。
