汽车电磁兼容什么特别之处呢?
在汽车电子系统包括在安全至上的功能包括发动机管理、制动控制,安全气囊部署,等等。同时,在汽车行业的新一代机载电子为驾驶员辅助设备和娱乐。拥有汽车的机动性,可以接触到不同的电磁环境中,从电磁良性位置像机场高电磁严酷的环境下雷达领域。
今天几乎所有的汽车都有敏感的AM / FM /民建联电台接收器(或者甚至一个陆地移动甚高频/超高频无线电),所以排放的数字电路是一个最大的EMI问题面临今天的设计师车载电子产品。大部分时间问题是烦人的,但在紧急情况下车辆(警察、消防、救护),干扰无线电接收机可能危及生命。因此,大多数汽车制造商现在需要抑制违规排放到极低的水平。
简而言之,汽车排放要求旨在保护车载接收机(CISPR 25)和免疫要求非常严格的保护安全性至关重要的机载设备。主要的原始设备制造商(oem)想出自己的标准更严格的监管要求。这让供应商必要的微调EMC设计最佳适应市场。
EMC控制-车辆级别或电子局部装配(ESA)
理解的事实,所有主要的oem厂商使用来自多个供应商整合电子半成品进入车辆,要求所有主要的oem厂商,ESA满足发射和免疫要求。它un-doubtfully可以说ESA符合各自的标准应当提高合规可能在车辆级别测试,但是,多年来证明失败在车辆水平并非完全避免通过ESA兼容EMC。
本文旨在提供一个简要了解供应商为了生产产品兼容,接受一级oem厂商。
我理解的要求
汽车行业是一个很好的例子,负责“EMC监管”。国家法律规定仅限于通用条款的形式指令(欧洲)或FCC - 15(美国)的一部分。除了法律要求,客户需求建立了oem厂商。一级的要求oem彼此不同的标准,测试范围和测试类型。标准化的测试规范,涵盖主要oem远离现实即使在今天(R1)。辐射和ESA的排放进行oem厂商使用CISPR25作为指导和监管目的车辆排放水平结果,CISPR12使用。对于免疫测试,ESA的ISO 11452 -系列引用和引用ISO 11451系列汽车的水平。这些标准适用于内燃机动力汽车,以及混合动力和电动汽车。测试距离和方法需要验证产品的性能在这些标准详细。OEM的一些特定的标准,如标准颁发通用汽车(General Motors)、福特和菲亚特克莱斯勒要求在公共领域是可用的。至关重要的是,产品生产(ESA)应当意识到他们目标的oem厂商,和各自的排放水平和免疫被实现。
汽车级别 |
电子装配工作 |
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排放标准 |
CISPR 12, EN 55012 |
排放标准 |
CISPR 25, 55025 |
免疫水平 |
ISO 11451 - 2(辐射免疫) |
免疫水平 |
ISO 11452 - 2(辐射免疫) |
ISO 11451 - 3(船上发射机免疫力) |
ISO 11452 - 3 (TEM细胞方法) |
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ISO 11451 - 4 (BCI方法) |
ISO 11452 - 4 (BCI方法) |
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ISO 10605 (ESD) |
ISO 11452 - 5(带状线) |
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ISO 11452 - 7(直接功率注入) |
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ISO 11452 - 9(便携式发射机) |
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ISO 10605 (ESD) |
表1:汽车电磁兼容标准概述
二世。包括EMC设计
经常观察到EMC是考虑在项目的最后阶段,在经历一个合规失败或在最终样本阶段。EMC设计项目的最初阶段会导致容易实现和有效的设计方法。当设计一个电子电路,有必要采取一些预防措施来保证其电磁兼容性能需求。方法可以解决EMC在设计进行了优化:
- 组件的选择和频率选择
- PCB设计的最低辐射
- 电缆和屏蔽
组件的选择和频率选择
对于许多汽车电子系统,嵌入式单片机是唯一高速EMI在董事会的来源。如果可以把组件的选择低排放和更高的免疫性能,可以提高电磁兼容性能。总是问EMC合规数据为微控制器或被动者使用的设计。EMC性能图表详细视图将有助于识别组件的优点和缺点。准备的频率表(如表2所示),列出基本频率和占主导地位的谐波与每个组件将是一个方便的工具,更好地理解电路的设计。更好的设计应当使用不会干预建设性的频率。
集成电路的参考 |
辐射排放水平 |
Radaiated免疫水平 |
基频 |
谐波频率(1日、3日,5日,7日,9日,11日) |
EMC的言论 |
表2 -组件选择频率检查
PCB设计的最低辐射
时钟和谐波:基于单片机的汽车系统排放的主要来源是时钟和其他高度重复的信号。非正弦周期波形是由基频和谐波频率。这些信号的谐波导致离散窄带信号,通常在VHF和UHF无线电范围之内。这些谐波容易辐射通过电缆,电线和印刷电路板。方波在数字系统中谐波的振幅下降速度最慢的(20 dB /十年)随着频率的增加,因此是一种来源丰富的高频谐波。任何导体将作为一种有效的天线的物理尺寸超过一个(1/20)的波长。这对一个300 MHz的信号表明,5厘米的PCB跟踪可以作为天线。避免PCB的设计应当照顾跟踪长度与波长的信号通过。
扩频时钟(SSC):辐射排放通常局限在一个狭窄的区间围绕时钟频率谐波。通过均匀分布的辐射在一个乐队几兆赫,监管水平测量(在120千赫带宽频率低于1 GHz的1 MHz以上频率带宽1 GHz)将减少到8分贝(R2)。
电流环:排放的另一个主要来源是电流。随着处理器速度的增加,当前处理器的需求会增加。产生一个磁场电流通过一个循环,循环的面积成正比。循环区域被定义为跟踪长度乘以与地平面之间的距离。随着信号变化的逻辑状态,电压产生的电场是过渡。因此,辐射是因为电流环和电压转换。下面的方程(1)显示了当前的关系,其循环区域,EMI(左)和频率:从地平面之间的距离是固定的,由于板堆积需求,最小化跟踪长度在黑板上布局是减少碳排放的关键。
EMI (V / m) = kIAf²(1)
地点:
k =比例常数
I =当前(A)
Α=回路面积(m²)
f =频率(MHz)
解耦电力线路:每当一个数字电路开关,它还消耗电流切换的速度。这些强电流脉冲辐射脉冲信号电流一样有效。这些开关电流峰值以来引起更多的辐射功率通常远高于那些在个人信号线。与多个电力和地面设备别针,每一对针应该是解耦的。高频电容器在0.01 - -0.1µf范围应该尽可能接近设备安装VCC。同时,高频电容器(0.001µf典型)应放置在所有车载的输入和输出电压调节器。这将保护这些设备和高水平的射频能量也将有助于抑制高频寄生振荡从这些设备。保持电容接近设备,很短的线索。
电缆和屏蔽
无线电频率的免疫力:更好的免疫力无线电频率的设计方法是避免不必要的能量达到脆弱的电路。这需要高频率过滤电缆(电力和I / O)作为天线和仔细的电路设计和电路分离。为了防止耦合,噪音把电缆应放在远离底盘。铁氧体磁珠可以用来衰减共模噪声对I / O电缆。提供足够的接地电缆。电缆的两端接地机壳接地。
系统情况下充当盾牌和减少由包含EMI辐射EMI。盾的有效性取决于材料和不连续的情况。电缆和模块屏蔽在车辆设计是有效的但不受欢迎由于成本。
EMC审查指南:在上一节中提到的多个EMC设计方法,重要的是要适当选择最好的方法的基础上,设计考虑和成本的影响。为了更好的实现,EMC设计评审必须在样品阶段进行。引入前装使我们能够确认第一个原型的EMC设计效果和减少时间步EMC在后期改进对策。EMC审查,与设计阶段,能有一个健壮的EMC设计主要通过确保EMC检查。
结构的EMC设计审查:EMC设计审查应包括硬件电路设计、电路板设计、机械设计师、软件设计师和人员负责电缆/接口。详细检查,硬件选择、PCB方针实现,电缆/接口连接必须在每个审查和执行应当指出潜在的EMC挑战。
EMC设计评审可以寻找重要的问题的答案:
- 有多严重的EMC挑战下电路设计吗?
- 应该是EMC设计,PCB的焦点或接口电缆。
- 屏蔽电缆/关键电路是一个可能的解决方案?
- 我们需要一个EMC仿真具有成本效益的实现?
EMC说的设备是可用的或可以开发。
计划说
执行说EMC测试避免产品失败的风险后,消除了昂贵的测试设计。EMC故障排除使用近场探头发射测量是常见的现在,但是汽车设备排放的要求太严格,免疫水平太高,接触实际的测试水平和设置是必要了解任何缺陷在设计之前最后的遵从性测试。有组织有内部设备测量汽车排放和免疫能力,而这些组织受益于容易访问和快速解决EMC设计阶段本身的威胁。
答:共模电流测量:
测量电缆可以估计的共模电流辐射排放值,从电缆辐射发射的共模电流成正比,电缆。我们可以用下面的方程找出电发射的数量。
E是电的力量在紫外/ m, Icm在微安培,f在兆赫,r(距离天线)&l(利用长度)米。可以测量共模电流高频钳形电流探针和频谱分析仪/ EMI接收机。
一个通用的测试设置为汽车排放测量设备使用LISN电流探针和频谱分析仪/ EMI接收机如下所示。
b . 1 m辐射发射测试
辐射发射测试可以执行的一部分,说如果我们能与适当的校准测量天线控制或减少排放领域的反映。这可以通过保持DUT远离反射面。可能需要大量的试验和错误测量建立这个设置在内部实验室。小宽带天线1 m EMC测试是最好的选择。bi-conical天线(30 - 200 MHz)和一个小对数周期天线(200 - 1000 MHz)适合这种测量。有源天线的其他选择是这种类型的测试。天线需要放置DUT的1米。天线连接到一个频谱分析仪测量。参考测量用一个批准实验室内部说可以给一个基准测量。然而,至少6 db校正因子可能需要一个批准实验室。划算的说辐射排放可以由“黄金产品法”(R4)的校正因子对环境和设备说测量可以确定通过比较与标准样品的辐射排放行为已经可以从一个测试实验室。
c说免疫检测
对汽车产品的测量辐射免疫没有消声室将很难做字段是非常高的,它会干扰系统和与有执照的广播服务。替代方法是使用手持无线电发射器和地点接近测试设备检查如果这些会导致任何性能退化。BCI (ISO 11452 - 4)测试在一个小屏蔽房间或屏蔽盒可以用于理解的免疫性能设备1 GHz (R3)。这是比一个完全安装天线测量相对便宜。
这些方法,免疫产品的性能可以观察到不同的电磁场水平和产品可以采取一个批准的设施进行进一步的调查和遵从性测试。
d .防静电测试
ESD测试在实验室内部可以做防静电发生器。各种防静电发电机模型是可用的,这些可以设置在内部实验室没有多少空间和成本的影响。应该小心监测区域的温度和湿度在测试期间,由于这些环境因素对静电放电的影响。
系统集成
汽车制造商必须获得所有车辆EMC的批准。电子子系统集成组件和独立的技术部门,在批准测试的完整功能。车辆必须没有电磁排放高于免疫干扰水平限制,必须在适当的标准。尽管oem厂商使用装配部件有足够的EMC健壮性测试单独时,存在一个高概率为发射电磁健壮性和免疫时可以影响不同的功能模块集成。这些可以共享一个共同的电源或共享一个共同的通信网络。
播辐射排放和免疫力可以改善车辆内的ESA ESA的正确定位。可以看出传统内燃机汽车,EMC敏感设备位置远离发动机高功率部分,高频开关噪声很高。林,和FlexRay是主要的通信网络。当设备被连接到一个共享的总线网络,电磁噪声可以通过适当的控制阻抗匹配设计。
结论
发生在汽车行业发展。随着汽车系统越来越占据电子系统和组件,EMI / EMC测量成为市场认证和安全至关重要。要求汽车供应商提前定位以及EMC的成就。以上解释了EMC成就一个成功的关键阶段。产品开发可以减少所需的时间,如果我们只有全球统一测试的方法和不同的oem厂商。一天,方法和程序可能对测试执行统一,每个人都可以采用。现在,通过一个常见的电磁兼容要求,包括EMC设计策略,一个健壮的EMC设计可以更有可能实现。
引用
(R1)http://www.autoemc.net/Papers/Test/OHaraGenericEMCStd.pdf
(R2)英特尔芯片设计EMI -应用注释ap - 589
(R3)http://www.ieice.org/proceedings/emc09/pdf/23r3 - 4. - pdf
第1部分(R4) EMC测试-辐射发射樱桃克劳夫顾问2007年3月5日
(R5) CISPR 25车辆、船只和内燃机-无线电干扰特性限制和保护车载接收机的测量方法
(R6) CISPR 12车辆、船只和内燃机-无线电干扰特性限制和保护的方法测量场外的接收器
作者的传记
Sreevas P Vasudevan先生是一个创新的专业,八年的功能领域的电磁工程。作为专业的成员(MIET),他是一位有经验的电气和电子工程师的专业化EMI / EMC设计,分析,和系统电磁兼容性。他是独立参与汽车EMI电磁兼容设计与验证和充当顾问铁路电磁保证多个地铁项目在奥克兰,多哈和伦敦。Sreevas先生持有专利的“防静电电容器识别工具”在印度专利局注册。他可以达成的(电子邮件保护)
Praveen莫汉达斯·先生是一个电磁兼容工程师13年经验的EMC设计、开发和验证。Praveen持有学士学位在电子和通信领域的实践经验EMC设计、调试和验证。他也有深入了解的EMC标准,法律要求和各种OEM需求随着车辆EMC设计评审和验证过程。Praveen先生目前正在在英国作为一个主要领域的产品开发工程师对电动汽车产品的EMC。Praveen持有专利,“防静电电容器识别工具”,在印度专利局注册。他可以达成的(电子邮件保护)