汽車組件的EMI抗擾性測試

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，汽車廠商對組件測試的要求也越來越高。本文旨在通過介紹汽車電子組件EMI抗擾性測試的各種方法，并概括了各種方法的優(yōu)缺點，幫助測試工程師正確選擇最佳的測試方法。

引言

一直以來，電磁干擾(EMI)效應(yīng)是現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)中備受關(guān)注的一個問題。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)、電子動力方向盤功能模塊、車載娛樂系統(tǒng)和熱控制模塊。

同時，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)射機共存，這些發(fā)射機部分安裝和設(shè)置得比較恰當(dāng)，比如在救護車中，有些卻并非如此，例如一些出廠后安裝的CB發(fā)射器和車載行動電話。此外，車輛還可能進入一些由于外部發(fā)射機產(chǎn)生的強電磁場區(qū)域，強度每米可達幾十甚至幾百伏特。在多年前汽車業(yè)就已意識到這些問題，所有著名廠商也都已采取一定措施，透過制定汽車測試標(biāo)準和立法要求，力圖減少電磁干擾的影響。因此，今天的車輛對這種干擾都具備了較強的抵抗能力。但由于EMI對車載模塊的性能影響非常大，繼續(xù)對其保持警惕是有必要的。

車輛及其組件的測試是個高度專業(yè)的領(lǐng)域，一直以來是由廠商自己完成。在有些國家，許多車輛廠商會共同資助那些專業(yè)的測試實驗室。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也日趨明顯，因此，EMC測試開始逐漸變成組件廠商的責(zé)任。

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

即當(dāng)某汽車廠商想為其組件供貨商制定組件等級的測試要求時，他可以從包含測試方法、測試頻率范圍和測試等級的清單上選擇合適的款項來構(gòu)成他自己的測試標(biāo)準。這樣，一個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，采用不同的方法，在同一個頻率范圍內(nèi)測試同樣的組件。

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

1. RF測試方法

要想測試一個汽車組件的RF抗擾性，必須透過一種與車內(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)入了第一個變量。汽車可能會暴露在一個外場中，或可能攜帶具有會產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機和天線，無論如何，干擾場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)時造成的危害要大得多。

另一方面，為了供電和信號連接的需要，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電流都可能透過其接插件傳導(dǎo)到組件中。我們通常采用的測試方法有兩組：輻射干擾測試和傳導(dǎo)干擾測試。

1.1 輻射干擾測試

所有的輻射測試法都向被測裝置施加一個強度得到校準的RF場，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電流和電壓又會出現(xiàn)在主動組件的感應(yīng)節(jié)點上，因而在電子線路中造成干擾。不同方法在施加RF場的方式上有所不同。

1.1.1暗室中的輻射天線測量法

最簡單明了的產(chǎn)生RF場的方法就是向一個天線灌入能量，并將其指向被測設(shè)備(EUT)。天線能夠?qū)F能量轉(zhuǎn)化為一個輻射場，并使其充滿測試區(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，測試應(yīng)該在一個屏蔽室中進行，避免與附近的其它合法無線電用戶相互干擾。但這會出現(xiàn)墻壁的反射，從而改變室內(nèi)的場分布。為解決這一問題，需要對屏蔽室的表面進行處理，創(chuàng)造一個‘吸波室(absorber lined chamber)’環(huán)境，這又會大大增加測試設(shè)備的成本。測試使用的天線在被測頻率范圍內(nèi)應(yīng)該具有較寬的頻率響應(yīng)。車輛測試中的測試頻率可能從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 輻射干擾測試裝置

加在EUT上的場分布也要盡可能均勻，并且具有良好控制。測試時的場可能會影響屏蔽室的規(guī)格，因此天線不能離EUT太近，方向性也不能太強，避免產(chǎn)生的場只集中于EUT的某一個區(qū)域。天線和EUT距離過近還會導(dǎo)致二者互感增大，進而影響了天線上所加信號的控制難度。被測對象的尺寸越大，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)，天線離EUT越遠，達到某個場強時需要的功率就越大。

注意，該公式給出的是場強和距離的平方率關(guān)系，即當(dāng)某個特定距離上的場強從10V/m增大到20V/m時，需要的功率是原來的4倍，或者說當(dāng)場強從10V/m增大到20V/m時，在特定功率下，距離只有原來的四分之一。EUT位置處的場強透過一個各向同性的寬頻場感應(yīng)器來測量，各向同性是為了保證感應(yīng)器對方向不感應(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，并在另一端接一個負載阻抗。隨著電磁波在傳輸線中的傳播，導(dǎo)體間就建立起一個電磁場。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。當(dāng)傳輸線長度給定時，在一定的區(qū)域內(nèi)，場強均勻，且易測量或運算。EUT就放置在作用區(qū)域內(nèi)。