汽車行駛記錄儀的抗干擾設(shè)計(jì)

汽車電系上的負(fù)載多種多樣，既有小阻抗、大電流的阻性感性負(fù)載，也有小電流、高電壓的脈沖發(fā)生裝置，還有高頻振蕩信號(hào)源，它們不僅對(duì)外是潛在的干擾發(fā)射源，也是對(duì)車載電子產(chǎn)品的干擾源。另外，由于高機(jī)動(dòng)性，汽車也可能會(huì)處于各種可以想像得到的從低頻到高頻的復(fù)雜電磁場(chǎng)中，由此產(chǎn)生的電磁干擾耦合也會(huì)影響汽車電子電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。汽車電系內(nèi)的電壓可以歸納為以下幾類：正常工作電壓、異常穩(wěn)態(tài)電壓、無線電干擾電壓、瞬變過電壓和靜電放電。

汽車電器的電磁兼容設(shè)計(jì)

汽車電器的電磁兼容環(huán)境應(yīng)是一個(gè)設(shè)備共存、互不干擾的環(huán)境，這就要求系統(tǒng)具備良好的EMI和EMS特性。造成電器功能降級(jí)或失效的電磁干擾的發(fā)生必須同時(shí)具備3個(gè)要素：干擾源、干擾耦合通路以及敏感設(shè)備。抑制干擾源、阻斷耦合以及提高敏感設(shè)備的抗擾閾值是解決電磁兼容問題的根本措施。

1 電磁干擾的傳輸和傳輸途徑

電磁干擾的發(fā)生必然存在干擾能量的傳播和傳播通道。干擾的傳輸有兩種基本方式：傳導(dǎo)和輻射。輻射耦合細(xì)分為：天線對(duì)天線耦合、場(chǎng)對(duì)線耦合和線對(duì)線耦合。針對(duì)干擾的傳播和耦合途徑，在汽車電器工程實(shí)踐中要采取如下的系統(tǒng)方法來改善EMC特性：濾波、屏蔽、搭鐵和布線。

2 干擾源和敏感設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)

在方案已定的功能電路中，檢驗(yàn)電磁兼容指標(biāo)是否滿足要求；此時(shí)如不滿足要求，則可通過參數(shù)修改來達(dá)到指標(biāo)，如調(diào)整數(shù)字化控制器的工作頻率、圓整脈沖的上升率或重新選擇元件等。其次進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，包括濾波、屏蔽、搭鐵與搭接設(shè)計(jì)，甚至采用時(shí)空隔離和頻率回避等改進(jìn)措施。最后是做布局調(diào)整性設(shè)計(jì)，包括對(duì)總體布局的檢驗(yàn)、屏蔽體縫隙的檢驗(yàn)、組件和印制板布局檢驗(yàn)等。電路和分系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)包括如下的步驟：元件選擇、電路選擇、濾波技術(shù)應(yīng)用、搭鐵設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、電路布局和系統(tǒng)布局規(guī)劃。

圖1 汽車行駛記錄儀硬件結(jié)構(gòu)原理圖

3 ESD防護(hù)設(shè)計(jì)

為了消除靜電放電的危害，可采取的措施有：建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu)，通過搭鐵的金屬殼將靜電荷釋放到地；內(nèi)部電路與金屬殼的連接應(yīng)采用一點(diǎn)搭鐵；增加諸如硅瞬變電壓吸收二極管（STVS）之類的快速保護(hù)元件，將高壓電荷泄放到地；印制電路板設(shè)計(jì)中增加保護(hù)環(huán)帶，將人手拔插線路板的電荷通過最短的路徑泄放到地。

圖2 開關(guān)電源電路

汽車行駛記錄儀的抗干擾設(shè)計(jì)

1 汽車行駛記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)

圖1為汽車行駛記錄儀硬件結(jié)構(gòu)原理。信號(hào)的抗干擾處理是通過光電隔離來實(shí)現(xiàn)。車載設(shè)備的電源系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的可靠運(yùn)行影響很大，好的電源電路能夠過濾掉許多通過電源線傳入的干擾信號(hào)。

2 電源部分的抗干擾設(shè)計(jì)

本控制模塊的電源電路如圖2所示。車載蓄電池—發(fā)電機(jī)的電源從24V_1處進(jìn)入，二極管D16主要是防止電源的正負(fù)極被誤接反。電感L1、L2對(duì)電源進(jìn)行濾波，和共模電感L3、電容C8配合，可以過濾掉電源中的尖峰脈沖。二極管D24 P6KE51A是脈沖干擾抑制器（TVS），它可以快速吸收超過額定電壓的尖峰脈沖，瞬時(shí)通過電流很大，最大功率可達(dá)500～1000W。電容E5和C9進(jìn)一步對(duì)電源進(jìn)行濾波。過濾干凈的電流通過開關(guān)電源芯片LM2576變換為系統(tǒng)使用的5V電源。電容E7和C11對(duì)輸出5V電源進(jìn)行濾波，電阻R18和發(fā)光二極管D28指示當(dāng)前是否有電。

圖3 DC/DC電源電路

在某些對(duì)可靠性要求更高的電源系統(tǒng)中，可以考慮采用寬輸入電壓范圍的DC/DC模塊進(jìn)行電源變換，如圖3所示。這種DC/DC模塊的輸入和輸出完全隔離，輸入范圍很寬。標(biāo)稱輸入電壓為12V的DC/DC電源的允許輸入范圍是9～18V；標(biāo)稱輸入電壓為24V的DC/DC電源模塊的允許輸入范圍是18～36V。

這兩種電路都經(jīng)歷了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，實(shí)踐證明，不管在汽油車上還是在柴油車上都穩(wěn)定可靠。

線路板設(shè)計(jì)需注意的抗干擾問題

線路板的布線對(duì)系統(tǒng)的抗干擾性能影響很大，本系統(tǒng)布線主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮。

● 盡量加粗電源線和地線，在電源入口處盡量使用大儲(chǔ)能電容，在線路板空余處鋪設(shè)覆銅，這樣會(huì)大大增強(qiáng)線路板的抗干擾性能。

● 在芯片的電源和地兩端增加去耦電容，電容值為0.01～0.1μF，最好用陶瓷電容，每個(gè)芯片處都要加，這非常重要。

● IO引腳處加上一個(gè)去耦電容，可以濾除大量的外部干擾。

● 盡量減少高頻信號(hào)線的布線長度，特別是時(shí)鐘信號(hào)線，由于頻率很高，布線越長發(fā)出的電磁干擾就越強(qiáng)烈。同時(shí)，也要盡量減小其他信號(hào)線的長度。

● 盡量使用表面貼裝芯片，這樣不僅可以縮短電路長度，還不會(huì)發(fā)生因振動(dòng)、沖擊而松動(dòng)的情況。