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汽車行業(yè)成功實(shí)現(xiàn)EMC測試的10個技巧
前言
汽車工業(yè)和每個汽車企業(yè)都必須滿足各種電磁兼容性(EMC)規(guī)定和EMC測試。例如,有兩個要求是確保電子系統(tǒng)不會造成太多干擾信號(EMI)或者噪音,它必須能夠避免其他軟件產(chǎn)生的噪音。本文研究了一些這樣的規(guī)定,并討論了一些技巧和方法,以確保設(shè)備設(shè)計(jì)符合這些要求。
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,因此避免檢測室內(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,通常每小時租時內(nèi)出租。為了降低成本,最好在設(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,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,可能會有一個回路。在選擇差分線的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成一個回路。
另一個常見的回路出現(xiàn)在兩個子系統(tǒng)使用相同電路的地方,也許是一個顯示器和一個模塊控制電路來推動顯示器(ECU)。底盤中有一個公共接地(GND)線表示端和全面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,每對差分控制器/接收器也將形成一個回路。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
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,電路僅在其變化和節(jié)點(diǎn)電容時消耗功率。從電源的角度來看,平均流量消耗為10mA的CMOS在時鐘變換期間,電路吸收的電流可能高出許多倍,但在時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)每個電源管腳周圍的旁通電容器,電容器將直接提供在時鐘脈沖邊緣期間為芯片供電所需的電流。然后,在時鐘轉(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,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最大限度地減少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,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)秀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信號。輻射可能是由信號接線接地平面的最終斷開引起的,因此應(yīng)注意信號接線下的接地平面創(chuàng)傷或最終斷開。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,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。