汽車(chē)元件中EMI抗干擾測(cè)試分析

　　多年以來(lái)，電磁干擾（EMI）效應(yīng)一直是現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)中備受關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。尤其在今天的汽車(chē)工業(yè)中，車(chē)輛采用了許多關(guān)鍵的和非關(guān)鍵 （criTIcal and non-criTIcal）的車(chē)載電子模塊，例如引擎管理模塊、防抱死系統(tǒng)、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向功能模塊（electrical power steering funcTIons）、車(chē)內(nèi)娛樂(lè)系統(tǒng)和熱控制模塊。

　　同時(shí)，車(chē)輛所處的電磁環(huán)境也更加復(fù)雜。車(chē)上的電子元件必須與射頻發(fā)射機(jī)共存，這些發(fā)射機(jī)有些安裝和設(shè)置得比較恰當(dāng)（例如應(yīng)急服務(wù)車(chē)輛中），有些卻并非如此（例如一些出廠(chǎng)后安裝的CB發(fā)射器和車(chē)載移動(dòng)電話(huà)）。此外，車(chē)輛還可能進(jìn)入一些外部發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域，強(qiáng)度可達(dá)幾十甚至幾百福特每米。汽車(chē)業(yè)在多年前就已意識(shí)到這些問(wèn)題，所有著名廠(chǎng)商都已采取一定措施，通過(guò)制定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和立法要求，力圖借此減少電磁干擾的影響。因此，今天的車(chē)輛對(duì)這種干擾都具備了較強(qiáng)的抵抗能力。但EMI對(duì)車(chē)載模塊的性能影響非常大，因此必須繼續(xù)對(duì)其保持警惕。

　　車(chē)輛及其部件的測(cè)試是一個(gè)高度專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域，一向由廠(chǎng)商自己完成。在有些國(guó)家，許多車(chē)輛廠(chǎng)商會(huì)共同資助那些專(zhuān)業(yè)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。隨著車(chē)輛中使用的子部件日益增多，汽車(chē)廠(chǎng)商將部件外包的趨勢(shì)也日趨明顯，因此，EMC測(cè)試開(kāi)始逐漸變成部件廠(chǎng)商的責(zé)任。在諸如ISO 11452 （國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織） 和 SAE J1113 （汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)）等汽車(chē)部件抗擾性測(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)試級(jí)別。在沒(méi)有任何更高的立法要求時(shí)，車(chē)輛廠(chǎng)商們就可以在這些通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定其測(cè)試要求。即當(dāng)某汽車(chē)廠(chǎng)商欲為其部件供應(yīng)商制定部件級(jí)別的測(cè)試要求時(shí)，他可以從包含多種測(cè)試方法、測(cè)試頻率范圍和測(cè)試級(jí)別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)。最終，一個(gè)為多家汽車(chē)廠(chǎng)商提供子部件的廠(chǎng)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)試同樣的部件。

　　為了滿(mǎn)足客戶(hù)的測(cè)試需求，部件廠(chǎng)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)范而設(shè)計(jì)的汽車(chē)部件測(cè)試系統(tǒng)來(lái)幫助完成工作。這些測(cè)試系統(tǒng)通常都是自含（self-contained）系統(tǒng)，遵循所有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最高級(jí)別測(cè)試規(guī)范。采用這樣的系統(tǒng)之后，部件廠(chǎng)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(chē)廠(chǎng)商測(cè)試需求中所規(guī)定的一些測(cè)試參數(shù)，并探討部件廠(chǎng)商怎樣才能根據(jù)不同客戶(hù)的測(cè)試需求搭建相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，達(dá)到只測(cè)試需要項(xiàng)目的目的。

　　幾種RF測(cè)試方法

　　要想測(cè)試一個(gè)汽車(chē)部件的RF抗擾性，必須通過(guò)一種與車(chē)內(nèi)干擾出現(xiàn)方式相當(dāng)?shù)姆绞较蚱涫┘覴F干擾。這就引入了第一個(gè)變量。汽車(chē)可能會(huì)暴露在一個(gè)外場(chǎng)中，也可能攜帶有會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)的發(fā)射機(jī)和天線(xiàn)，但無(wú)論如何，干擾場(chǎng)都可以直接作用于部件所處的位置。例如，當(dāng)該部件安裝在儀表盤(pán)上或附近的開(kāi)放式區(qū)域時(shí)，它所產(chǎn)生的干擾就比當(dāng)它被安裝在車(chē)輛底盤(pán)附近甚或是在引擎箱內(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(chē)輛的配線(xiàn)系統(tǒng)。

　　而配線(xiàn)裝置相當(dāng)于一個(gè)有效的天線(xiàn)，能夠與RF干擾耦合，不論部件安裝在什么地方，RF電流都可能通過(guò)其接插件傳導(dǎo)到部件中。鑒于此，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。

　　輻射干擾測(cè)試

　　所有的輻射測(cè)試法都不外向被測(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 電流和電壓引入裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后這些RF電流和電壓又會(huì)出現(xiàn)在有源器件的敏感節(jié)點(diǎn)上，從而在電子線(xiàn)路中造成干擾。不同方法在施加RF場(chǎng)的方式上有所不同，它們各有其優(yōu)、缺點(diǎn)和局限性。

　　微波暗室中的輻射天線(xiàn)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(xiàn)灌入能量，并將其指向被測(cè)設(shè)備 （EUT）。天線(xiàn)能夠?qū)F能量轉(zhuǎn)化為一個(gè)輻射場(chǎng)，并使其充滿(mǎn)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)，為了避免與附近的其他合法無(wú)線(xiàn)電用戶(hù)相互干擾，測(cè)試應(yīng)該在一個(gè)屏蔽室中進(jìn)行。但這會(huì)引入墻壁的反射，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)行電波消聲處理，創(chuàng)造一個(gè)“吸波室（absorber lined chamber）”環(huán)境，而這又會(huì)極大增加測(cè)試設(shè)備的成本。測(cè)試時(shí)使用的天線(xiàn)在被測(cè)頻率范圍內(nèi)應(yīng)該具有較寬的頻率響應(yīng)。車(chē)輛測(cè)試中的測(cè)試頻率可能從 10kHz到18GHz，因此需要的天線(xiàn)也有許多種不同的類(lèi)型（見(jiàn)圖1）。此外，加之于EUT上的場(chǎng)也應(yīng)該盡可能均勻并且受到良好控制。測(cè)試時(shí)的場(chǎng)可能會(huì)影響暗室的規(guī)格，因此天線(xiàn)不能離EUT過(guò)近，方向性也不能太強(qiáng)，否則產(chǎn)生的場(chǎng)會(huì)只集中于EUT的某一個(gè)區(qū)域。同時(shí)，天線(xiàn)和EUT距離過(guò)近還會(huì)導(dǎo)致二者互感增大，從而加大天線(xiàn)上所加信號(hào)的控制難度。被測(cè)對(duì)象的物理尺寸越大，這一距離要求就越難滿(mǎn)足。另外，根據(jù)公式P = （E · r）2/30 watts（當(dāng)天線(xiàn)具備單元增益時(shí)），天線(xiàn)離EUT越遠(yuǎn)，達(dá)到某個(gè)給定場(chǎng)強(qiáng)時(shí)需要的功率就越大。

　　圖1 典型的輻射干擾測(cè)試裝置

　　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)給定距離上的場(chǎng)強(qiáng)從10 V/m增大到20 V/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10 V/m增大到20 V/m時(shí)，在給定功率下，距離只有原來(lái)的四分之一。EUT位置處的場(chǎng)強(qiáng)通過(guò)一個(gè)各向同性的寬帶場(chǎng)傳感器來(lái)測(cè)量，各向同性是為了保證傳感器對(duì)方向不敏感，而寬帶則是為了保證它在不同頻率下均能得到正確的測(cè)量值。