行車安全擺第一　車輛EMI問題不可輕忽

　　這些汽車電子產(chǎn)品以現(xiàn)今發(fā)展趨勢來看，已經(jīng)不只是以往的單一功能，而是多種功能的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)產(chǎn)品復(fù)合性功能越來越強(qiáng)大且傳輸速度越來越快，系統(tǒng)內(nèi)部電子線路也越來越密集與復(fù)雜，而所產(chǎn)生的車輛電磁干擾（EMI）主要來源往往都是存在于車內(nèi)電子產(chǎn)品內(nèi)，使車輛產(chǎn)生較以往更嚴(yán)重的電磁干擾問題，將直接或間接藉由車輛連接線路影響整車系統(tǒng)。

　　如果不適當(dāng)解決電磁干擾問題，不僅容易使內(nèi)部電裝部品相互干擾，更會危及到行車安全，因此車輛電磁干擾問題變成了設(shè)計(jì)上的主要工作及挑戰(zhàn)。除了產(chǎn)品功能性提高且對電路設(shè)計(jì)的技術(shù)水準(zhǔn)要求越來越高外，也必須開始對產(chǎn)品中各個(gè)印刷電路板（PCB）與電路上集成電路（IC）的電磁干擾問題，展開研究及利用量測技術(shù)加以防制。

　　正視汽車電子產(chǎn)品EMI問題

　　以往解決這些車輛電磁干擾的問題，往往是都是當(dāng)車輛設(shè)計(jì)完成并組裝后經(jīng)過整車測試，才發(fā)現(xiàn)存在不少電磁干擾問題，因此盲目針對車內(nèi)有可能造成電磁干擾問題之電裝部品進(jìn)行抑制對策，而缺少全盤系統(tǒng)性的整車電磁干擾設(shè)計(jì)規(guī)畫，以至于無法有共通性及有效地解決電磁輻射問題，甚至越趨于嚴(yán)重。

　　車輛在解決電磁干擾問題方面，需要在設(shè)計(jì)單一功能電路或整合系統(tǒng)之初即考慮電磁干擾問題，并加以因應(yīng)或是降低干擾源。事先的防范比完成開發(fā)后進(jìn)行補(bǔ)救所花費(fèi)的成本更為降低。

　　目前車輛中心協(xié)助廠商進(jìn)行整車改良時(shí)，將電磁干擾問題主要區(qū)分為通訊類產(chǎn)品中的「無線通信系統(tǒng)干擾」、進(jìn)行PCB板布局（Layout）時(shí)的「電路 PCB板電磁干擾」、電子零件本身的「主被動電子零件電磁干擾」及電源輸入端上所帶來的「電源干擾」四種，這些都是會發(fā)生在車輛上的電磁干擾原因且較嚴(yán)重。

　　? 無線通信系統(tǒng)干擾

　　隨著無線通信的產(chǎn)品發(fā)展與應(yīng)用，逐漸地導(dǎo)入車輛電子產(chǎn)品的范疇，各個(gè)系統(tǒng)之間皆會產(chǎn)生干擾噪聲而造成本體或是其他通訊頻段的訊號接收與傳輸性能不良，如數(shù)據(jù)速率（Data Rate）降低、傳輸距離變短等可能問題。此種無線通信的載臺噪聲（Platform Noise）主要因?yàn)槎鄠€(gè)意圖發(fā)射的組件或模塊一起緊密建置于系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，同時(shí)動作或是在設(shè)計(jì)不良的情況下所造成互相干擾。其干擾源已經(jīng)造成電裝部品與電裝部品或是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的電磁干擾問題，嚴(yán)重的話，更會影響到系統(tǒng)內(nèi)功能模塊與模塊之間的傳輸效率降低。因此，針對數(shù)字無線通信產(chǎn)品除了應(yīng)加強(qiáng)降低本身產(chǎn)生噪聲外，并且須進(jìn)一步透過儀器及仿真軟件對本身系統(tǒng)平臺（如中央處理器、內(nèi)存）、外部連接器（如USB）和內(nèi)部無線芯片組/模塊（如802.11a/b /g/n、藍(lán)牙、GPS）加以分析計(jì)算，找出較佳的電路設(shè)計(jì)與傳輸路徑，避免相互干擾，盡可能將干擾程度降低。

　　? 電路PCB板的電磁干擾

　　目前車用電子產(chǎn)品功能性復(fù)雜化且操作頻率不斷地提高，印刷電路板由早期的單面板演變成多層板，體積也由大變小，可進(jìn)行布局空間及主被動電子零件擺放位置不足，使電路中的單位密度組件增加，造成印刷電路板的電磁干擾問題越來越嚴(yán)重。在多元及系統(tǒng)化功能的設(shè)計(jì)之下，電路上增加相當(dāng)多的主動性組件，如振蕩器、微控制器（MCU）等等，且傳輸速度及數(shù)據(jù)增加，工作頻率上升，所造成電磁干擾現(xiàn)象也愈來越大。此外，過去的單一方向模擬傳輸訊號，轉(zhuǎn)變成數(shù)字差模傳輸，如 CAN及RF PCB傳輸線，也逐漸在車用產(chǎn)品上被大量采用。所以，印刷電路板上干擾問題須透過組件適當(dāng)擺置、合理導(dǎo)線布置及接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、訊號頻型的區(qū)隔等方式，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如利用印刷電路板仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)化分析，藉此修改布局的走線方式。

　　? 主被動電子零件電磁干擾

　　目前車用IC功能越來越強(qiáng)、操作速度越來越快、應(yīng)用越來越廣泛，使得目前信息通訊與車輛產(chǎn)業(yè)在系統(tǒng)整合時(shí)所造成的電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重，IC電路已成為車用電子系統(tǒng)之整體電磁干擾的主要來源之一，使用系統(tǒng)芯片來實(shí)現(xiàn)整合混合訊號（Mixed-signal）功能與高速I/O接口將是未來趨勢，同時(shí)由于低電壓制程技術(shù)的普及，IC經(jīng)封裝后，使得IC內(nèi)部系統(tǒng)與芯片層級的訊號與電源完整性易受到電磁噪聲干擾。因此在開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，如能要求芯片廠提供IC 電磁干擾數(shù)據(jù)參考，并選用低噪聲的IC組件，將可減小后續(xù)帶來的電磁干擾問題。

　　? 電源干擾

　　目前車輛各種電裝部品，都各自設(shè)計(jì)所屬專用電源，耗電量較大之電裝部品采用切換式電源設(shè)計(jì)方式，如利用脈沖寬度調(diào)變（PWM）IC驅(qū)動金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管（MOSFET）達(dá)到可調(diào)變及穩(wěn)定電壓供給產(chǎn)品使用，但在電壓的轉(zhuǎn)換過程中，因?yàn)楦咚俚碾妷呵袚Q頻率及由PWM IC基頻所引起的諧波噪聲，這些噪聲就是主要的電磁干擾來源，會經(jīng)由本體或線路以輻射或傳導(dǎo)方式，造成產(chǎn)品電磁干擾問題，最典型例子就是電動車上的直流對直流（DC-DC）轉(zhuǎn)換器，主要的功能為高電壓轉(zhuǎn)成低電壓供給車內(nèi)部品使用，而于整車電磁干擾測試時(shí)易受到因直流對直流轉(zhuǎn)換器零部品而造成量測值過高現(xiàn)象 （圖1）。因此，不管是車內(nèi)電裝部品或是單獨(dú)的車用電源轉(zhuǎn)換器，在電源端的電路設(shè)計(jì)加入適當(dāng)濾波對策組件（如一、二階以上的π型濾波器、電容、電感等）或是屏蔽以防止電源噪聲，都能有效降低產(chǎn)品電磁干擾

　　圖1　由直流對直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的干擾值

　　揪出整車電磁干擾來源

　　由上述得知，現(xiàn)代電子技術(shù)在車輛上的大量使用，各種3C、通訊及影音等多樣化產(chǎn)品已占據(jù)車輛總成本的40%以上，甚至更多，并且車用電子通訊設(shè)備日漸普及化，寬帶時(shí)代的定位系統(tǒng)、天線、自動停車系統(tǒng)、多媒體娛樂系統(tǒng)、車載信息整合、遠(yuǎn)距離醫(yī)療、自動轉(zhuǎn)向等高科技的電子產(chǎn)品都成為車內(nèi)配備。

　　另一重要環(huán)節(jié)就是行車安全部分，主被動安全系統(tǒng)的電子產(chǎn)品開發(fā)，也成為車輛標(biāo)準(zhǔn)配備之一。車用電子開發(fā)技術(shù)或是各種車種的開發(fā)與應(yīng)用，提升了車輛的性能及價(jià)值，也大大滿足人類需求上的方便性、舒適性，同時(shí)也帶來日漸嚴(yán)重及復(fù)雜電磁干擾問題。

　　在車輛狹小空間中存在不同類型電裝部品，彼此之間就很容易相互產(chǎn)生電磁干擾，不是成為干擾源，就是被干擾導(dǎo)致喪失主要功能性，因此如何找尋電磁干擾源，并且達(dá)成符合電磁干擾規(guī)范要求，是目前主要須克服的難題之一。

　　現(xiàn)今臺灣法規(guī)已執(zhí)行的車輛電磁兼容驗(yàn)證法規(guī)，為交通部「車輛安全檢測基準(zhǔn)第五十六之一、電磁兼容性」（以下簡稱56-1法規(guī)），內(nèi)容包含各種車輛之測試方法，且在輻射干擾測試上共分兩大類，包含寬帶干擾與窄頻干擾。

　　依據(jù)56-1法規(guī)定義，車輛在測試過程中必須開啟車輛引擎或是車輛內(nèi)電裝零部品進(jìn)行測試， 如表1所示分類。

　　? 寬帶干擾測試

　　主要為開啟車輛的引擎、點(diǎn)火系統(tǒng)、電動馬達(dá)、等進(jìn)行測試，量測出由電動機(jī)內(nèi)之換相裝置因接觸通電而發(fā)生的干擾，如有刷馬達(dá)在換向過程是極快速之電流及電壓的變換，而產(chǎn)生寬帶干擾。

　　? 窄頻干擾測試

　　主要開啟車輛上具有數(shù)字訊號或是通訊系統(tǒng)的電裝部品，如影音系統(tǒng)或抬頭顯示器等進(jìn)行測試，目的在于量測出由高速數(shù)字回路的0與1高速交換所引發(fā)的窄頻干擾。上述此兩種噪聲干擾都會經(jīng)由輻射或傳導(dǎo)的方式相互影響，并產(chǎn)生不可預(yù)期的電磁干擾異?，F(xiàn)象。

　　在執(zhí)行整車電磁干擾測試時(shí)，車輛寬窄頻干擾測試的量測方式不同，而車輛的動力因驅(qū)動方式不同，設(shè)定測試條件參數(shù)亦會不同，如以內(nèi)燃機(jī)為動力的車輛，量測時(shí)車輛引擎轉(zhuǎn)速須視汽缸數(shù)量來區(qū)分，如表2設(shè)定條件。

　　以電動車輛進(jìn)行量測時(shí)，動力驅(qū)動系統(tǒng)中的電動馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)須定速40km/h。而窄頻噪聲測試主要量測由車上內(nèi)部電裝部品中微處理器電路或是窄頻發(fā)射源，如燈具、儀表板等，所產(chǎn)生的窄頻電磁擾動且引擎為靜止?fàn)顟B(tài)，如表3所示。

　　圖2　整車量測配置示意圖

　　車輛中心整車電磁兼容（EMC）實(shí)驗(yàn)室整車電磁干擾的量測天線距車輛為10公尺（m），并對準(zhǔn)車輛引擎中心進(jìn)行測試，如圖2為整車量測配置示意圖，其檢測基準(zhǔn)的寬窄頻輻射干擾限制值如圖3所示。

　　圖3　車輛內(nèi)裝系統(tǒng)的發(fā)展

　　對癥下藥 排除EMI

　　圖4　電磁干擾改良驗(yàn)證流程

　　由上述所提到車輛內(nèi)部加載眾多電裝部品，但要在這些電裝部品中分辨出輻射干擾較高的部品并加以防制，以符合整車電磁干擾規(guī)范的要求，須先進(jìn)行整車電磁干擾量測；在測試結(jié)果中如有寬帶與窄頻之量測值超出限制值時(shí)，可利用圖4之電磁干擾改良驗(yàn)證流程中步驟1～3，先行找出輻射干擾的電裝部品再進(jìn)行改良。此驗(yàn)證流程主要是以車內(nèi)電裝部品電源開啟的時(shí)間不同，而進(jìn)行量測測試分析，或是利用零組件測試結(jié)果進(jìn)行分析，皆可有效找出相對應(yīng)干擾源的電裝部品。

　　在進(jìn)行整車電磁干擾測試后，常有量測結(jié)果超出限制值時(shí)，必須尋找干擾源并進(jìn)行改良，其改良的手法不外乎使用隔離、屏蔽，但往往都是治標(biāo)不治本，對于往后量產(chǎn)造成困擾。

　　圖5　車廠電裝部品開發(fā)流程

　　為了能簡單且有效解決電磁干擾問題，及確保電裝部品電磁干擾特性，正規(guī)車廠均會參考各市場或是法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等試驗(yàn)方法，自行制定更嚴(yán)謹(jǐn)及符合車廠需求之車輛零組件測試標(biāo)準(zhǔn)，并要求零組件廠商進(jìn)行測試，進(jìn)而確認(rèn)產(chǎn)品符合相關(guān)電磁干擾特性要求（圖5），以便未來進(jìn)行整車開發(fā)與測試時(shí)，可降低系統(tǒng)問題與解決問題時(shí)之參考依據(jù)，如圖6所示的車輛開發(fā)流程。

　　圖6　車輛開發(fā)流程

　　EMC實(shí)驗(yàn)室提供對策良方

　　由上述得知，車輛電磁兼容問題存在整車系統(tǒng)或是車內(nèi)單一電裝部品，一般而言都必須經(jīng)由 相當(dāng)測試驗(yàn)證后，才可以得知干擾源，而測試方法須依循法規(guī)或國際標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品獲得重要的認(rèn)證及產(chǎn)品電磁兼容特性要求，因此具有車廠認(rèn)可、執(zhí)行法規(guī)及設(shè)備完善的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室更顯得重要性。

　　車輛中心于2003年首先完成車輛零組件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室能量后，已陸續(xù)獲得交通部、全國認(rèn)證基金會（TAF）、德國TUV、西班牙IDIADA、美國 A2LA與美國三大車廠（GM、Ford、Chrysler）認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室，于2013年，更進(jìn)一步完成大巴士等級整車電磁兼容實(shí)驗(yàn)室建置，加入國內(nèi)整車電磁兼容檢測服務(wù)行列，故車輛中心從車輛零組件至各類型車輛都有完善的測試驗(yàn)證能量。實(shí)驗(yàn)室并提供先進(jìn)改良診斷設(shè)備與裝置可讓客戶使用及利用，如光電轉(zhuǎn)換器、示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、印刷電路板掃描儀（PCB Scanner）等等。

　　車輛中心于車用產(chǎn)品電磁兼容問題改良上亦有豐富經(jīng)驗(yàn)及成果，包含車用多媒體主機(jī)、電動機(jī)車、電動車等，因此電磁兼容改良工程師可協(xié)助提供客戶測試咨詢、產(chǎn)品偵錯及改良建議，并可提供電磁仿真軟件先為客戶的產(chǎn)品進(jìn)行分析后，再進(jìn)一步改良，解決電磁干擾問題。

　　汽車相關(guān)電子產(chǎn)品需求大增，車輛電裝部品及整車的電磁兼容測試更顯重要，現(xiàn)今透過車輛研究中心的整車/零組件電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，可提供整體從產(chǎn)品開發(fā)到驗(yàn)證完整測試，及產(chǎn)品偵錯改良技術(shù)咨詢與對策方案，有助于提升廠商自主技術(shù)的建立與經(jīng)驗(yàn)，并可節(jié)省研發(fā)及測試時(shí)間，降低開發(fā)測試成本，以掌握產(chǎn)品上市的時(shí)效性，爭取更多訂單。

　　在國際上，車輛電磁兼容皆已有相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)定，因此成為車輛發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，不管是整車或是電裝部品都須透過完善的實(shí)驗(yàn)室測試，以確保符合相關(guān)規(guī)范的限制要求，以保障駕駛?cè)诵熊嚢踩?/p>