汽車組件的EMI抗擾性測(cè)試

摘要：隨著車輛中電子組件的增多和車內(nèi)環(huán)境日益復(fù)雜，汽車廠商對(duì)組件測(cè)試的要求也越來(lái)越高。本文旨在通過(guò)介紹汽車電子組件EMI抗擾性測(cè)試的各種方法，并概括了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，幫助測(cè)試工程師正確選擇最佳的測(cè)試方法。

引言

一直以來(lái)，電磁干擾(EMI)效應(yīng)是現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)中備受關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。尤其在當(dāng)天的汽車產(chǎn)業(yè)中，車輛采用了一系列的車載電子模塊，例如引擎管理模塊、ABS系統(tǒng)、電子動(dòng)力方向盤功能模塊、車載娛樂(lè)系統(tǒng)和熱控制模塊。

同時(shí)，車輛所處的電磁環(huán)境也更加復(fù)雜。車載電子組件必須與車載射頻發(fā)射機(jī)共存，這些發(fā)射機(jī)部分安裝和設(shè)置得比較恰當(dāng)，比如在救護(hù)車中，有些卻并非如此，例如一些出廠后安裝的CB發(fā)射器和車載行動(dòng)電話。此外，車輛還可能進(jìn)入一些由于外部發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域，強(qiáng)度每米可達(dá)幾十甚至幾百伏特。在多年前汽車業(yè)就已意識(shí)到這些問(wèn)題，所有著名廠商也都已采取一定措施，透過(guò)制定汽車測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和立法要求，力圖減少電磁干擾的影響。因此，今天的車輛對(duì)這種干擾都具備了較強(qiáng)的抵抗能力。但由于EMI對(duì)車載模塊的性能影響非常大，繼續(xù)對(duì)其保持警惕是有必要的。

車輛及其組件的測(cè)試是個(gè)高度專業(yè)的領(lǐng)域，一直以來(lái)是由廠商自己完成。在有些國(guó)家，許多車輛廠商會(huì)共同資助那些專業(yè)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。隨著車輛中使用的電子組件日益增多，汽車廠商將組件外包的趨勢(shì)也日趨明顯，因此，EMC測(cè)試開(kāi)始逐漸變成組件廠商的責(zé)任。

在諸如ISO 11452(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織)和SAE J1113(汽車工程師協(xié)會(huì))等汽車組件抗擾性測(cè)試國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的子章節(jié)中，都描述了頻率存在重疊的多種不同測(cè)試方法和測(cè)試等級(jí)。汽車組件測(cè)試在沒(méi)有任何更高的立法要求時(shí)，車輛廠商們就可以獨(dú)自在這些通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定其測(cè)試要求。

即當(dāng)某汽車廠商想為其組件供貨商制定組件等級(jí)的測(cè)試要求時(shí)，他可以從包含測(cè)試方法、測(cè)試頻率范圍和測(cè)試等級(jí)的清單上選擇合適的款項(xiàng)來(lái)構(gòu)成他自己的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。這樣，一個(gè)為多家汽車廠商提供子組件的廠家就有可能必須根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同的方法，在同一個(gè)頻率范圍內(nèi)測(cè)試同樣的組件。

組件廠商可以采用一系列針對(duì)ISO 11452和SAE J1113中包含的RF測(cè)試規(guī)格而設(shè)計(jì)汽車組件測(cè)試系統(tǒng)來(lái)幫助完成工作，以滿足客戶的測(cè)試需求。這些測(cè)試系統(tǒng)主要有自含(self-contained)系統(tǒng)，遵循所有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最高等級(jí)測(cè)試規(guī)格。采用這樣的系統(tǒng)之后，組件廠商在對(duì)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，用到的許多測(cè)試儀器都是相同的，因而能節(jié)省大量資金。以下我們將討論幾種RF測(cè)試方法和汽車廠商測(cè)試需求中所規(guī)定的一些測(cè)試參數(shù)，并探討組件廠商如何才能根據(jù)不同客戶的測(cè)試需求搭建一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，達(dá)到只測(cè)試客戶需要的目的。

1. RF測(cè)試方法

要想測(cè)試一個(gè)汽車組件的RF抗擾性，必須透過(guò)一種與車內(nèi)干擾出現(xiàn)方式相當(dāng)?shù)姆绞较蚱涫┘覴F干擾。這就導(dǎo)入了第一個(gè)變量。汽車可能會(huì)暴露在一個(gè)外場(chǎng)中，或可能攜帶具有會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)的發(fā)射機(jī)和天線，無(wú)論如何，干擾場(chǎng)都可以直接作用于組件所處的位置。例如，當(dāng)該組件安裝在開(kāi)放式區(qū)域，比如，儀表盤上或附近，它所產(chǎn)生的干擾就比當(dāng)它被安裝在車輛底盤附近或是在引擎箱內(nèi)這樣的屏蔽區(qū)時(shí)造成的危害要大得多。

另一方面，為了供電和信號(hào)連接的需要，所有電子模塊都連到車輛的配線系統(tǒng)。而配線裝置相當(dāng)于一個(gè)有效的天線，能夠與RF干擾耦合，因此，不論組件安裝在什么地方，RF電流都可能透過(guò)其接插件傳導(dǎo)到組件中。我們通常采用的測(cè)試方法有兩組：輻射干擾測(cè)試和傳導(dǎo)干擾測(cè)試。

1.1 輻射干擾測(cè)試

所有的輻射測(cè)試法都向被測(cè)裝置施加一個(gè)強(qiáng)度得到校準(zhǔn)的RF場(chǎng)，這樣，就能將RF電流和電壓導(dǎo)入裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后這些RF電流和電壓又會(huì)出現(xiàn)在主動(dòng)組件的感應(yīng)節(jié)點(diǎn)上，因而在電子線路中造成干擾。不同方法在施加RF場(chǎng)的方式上有所不同。

1.1.1暗室中的輻射天線測(cè)量法

最簡(jiǎn)單明了的產(chǎn)生RF場(chǎng)的方法就是向一個(gè)天線灌入能量，并將其指向被測(cè)設(shè)備(EUT)。天線能夠?qū)F能量轉(zhuǎn)化為一個(gè)輻射場(chǎng)，并使其充滿測(cè)試區(qū)域。由于需要在很寬的頻譜范圍內(nèi)產(chǎn)生高電平的RF信號(hào)，測(cè)試應(yīng)該在一個(gè)屏蔽室中進(jìn)行，避免與附近的其它合法無(wú)線電用戶相互干擾。但這會(huì)出現(xiàn)墻壁的反射，從而改變室內(nèi)的場(chǎng)分布。為解決這一問(wèn)題，需要對(duì)屏蔽室的表面進(jìn)行處理，創(chuàng)造一個(gè)‘吸波室(absorber lined chamber)’環(huán)境，這又會(huì)大大增加測(cè)試設(shè)備的成本。測(cè)試使用的天線在被測(cè)頻率范圍內(nèi)應(yīng)該具有較寬的頻率響應(yīng)。車輛測(cè)試中的測(cè)試頻率可能從10kHz到18GHz，因此需要許多種不同的類型的天線。圖1是一種典型輻射裝置。

圖1 輻射干擾測(cè)試裝置

加在EUT上的場(chǎng)分布也要盡可能均勻，并且具有良好控制。測(cè)試時(shí)的場(chǎng)可能會(huì)影響屏蔽室的規(guī)格，因此天線不能離EUT太近，方向性也不能太強(qiáng)，避免產(chǎn)生的場(chǎng)只集中于EUT的某一個(gè)區(qū)域。天線和EUT距離過(guò)近還會(huì)導(dǎo)致二者互感增大，進(jìn)而影響了天線上所加信號(hào)的控制難度。被測(cè)對(duì)象的尺寸越大，這一要求就越難滿足。另外，根據(jù)公式P=(E*r)2/30W(當(dāng)天線具備單元增益時(shí))，天線離EUT越遠(yuǎn)，達(dá)到某個(gè)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)需要的功率就越大。

注意，該公式給出的是場(chǎng)強(qiáng)和距離的平方率關(guān)系，即當(dāng)某個(gè)特定距離上的場(chǎng)強(qiáng)從10V/m增大到20V/m時(shí)，需要的功率是原來(lái)的4倍，或者說(shuō)當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)從10V/m增大到20V/m時(shí)，在特定功率下，距離只有原來(lái)的四分之一。EUT位置處的場(chǎng)強(qiáng)透過(guò)一個(gè)各向同性的寬頻場(chǎng)感應(yīng)器來(lái)測(cè)量，各向同性是為了保證感應(yīng)器對(duì)方向不感應(yīng)，而寬頻則是確保它在不同頻率下均能得到正確的測(cè)量值。

1.1.2 TEM單元法

根據(jù)ISO 11452-3和SAE J1113/24中的規(guī)定，橫電磁波（TEM）單元只是一段傳輸線，在其一端饋入一定的RF功率，并在另一端接一個(gè)負(fù)載阻抗。隨著電磁波在傳輸線中的傳播，導(dǎo)體間就建立起一個(gè)電磁場(chǎng)。TEM描述的是在這類單元的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的占主導(dǎo)地位的電磁場(chǎng)。當(dāng)傳輸線長(zhǎng)度給定時(shí)，在一定的區(qū)域內(nèi)，場(chǎng)強(qiáng)均勻，且易測(cè)量或運(yùn)算。EUT就放置在作用區(qū)域內(nèi)。