汽車元件中EMI抗干擾測試分析

　　多年以來，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)注的一個問題。尤其在今天的汽車工業(yè)中，車輛采用了許多關(guān)鍵的和非關(guān)鍵 （criTIcal and non-criTIcal）的車載電子模塊，例如引擎管理模塊、防抱死系統(tǒng)、電子動力轉(zhuǎn)向功能模塊（electrical power steering funcTIons）、車內(nèi)娛樂系統(tǒng)和熱控制模塊。

　　同時(shí)，車輛所處的電磁環(huán)境也更加復(fù)雜。車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)車輛中），有些卻并非如此（例如一些出廠后安裝的CB發(fā)射器和車載移動電話）。此外，車輛還可能進(jìn)入一些外部發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場區(qū)域，強(qiáng)度可達(dá)幾十甚至幾百福特每米。汽車業(yè)在多年前就已意識到這些問題，所有著名廠商都已采取一定措施，通過制定測試標(biāo)準(zhǔn)和立法要求，力圖借此減少電磁干擾的影響。因此，今天的車輛對這種干擾都具備了較強(qiáng)的抵抗能力。但EMI對車載模塊的性能影響非常大，因此必須繼續(xù)對其保持警惕。

　　車輛及其部件的測試是一個高度專業(yè)的領(lǐng)域，一向由廠商自己完成。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(shí)驗(yàn)室。隨著車輛中使用的子部件日益增多，汽車廠商將部件外包的趨勢也日趨明顯，因此，EMC測試開始逐漸變成部件廠商的責(zé)任。在諸如ISO 11452 （國際標(biāo)準(zhǔn)化組織） 和 SAE J1113 （汽車工程師協(xié)會）等汽車部件抗擾性測試國際標(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試方法和測試級別。在沒有任何更高的立法要求時(shí)，車輛廠商們就可以在這些通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定其測試要求。即當(dāng)某汽車廠商欲為其部件供應(yīng)商制定部件級別的測試要求時(shí)，他可以從包含多種測試方法、測試頻率范圍和測試級別的清單上選擇合適的款項(xiàng)來構(gòu)成他自己的測試標(biāo)準(zhǔn)。最終，一個為多家汽車廠商提供子部件的廠家就有可能必須根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同的方法，在同一個頻率范圍內(nèi)測試同樣的部件。

　　為了滿足客戶的測試需求，部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)范而設(shè)計(jì)的汽車部件測試系統(tǒng)來幫助完成工作。這些測試系統(tǒng)通常都是自含（self-contained）系統(tǒng)，遵循所有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最高級別測試規(guī)范。采用這樣的系統(tǒng)之后，部件廠商在對多個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試時(shí)，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)，并探討部件廠商怎樣才能根據(jù)不同客戶的測試需求搭建相應(yīng)的測試系統(tǒng)，達(dá)到只測試需要項(xiàng)目的目的。

　　幾種RF測試方法

　　要想測試一個汽車部件的RF抗擾性，必須通過一種與車內(nèi)干擾出現(xiàn)方式相當(dāng)?shù)姆绞较蚱涫┘覴F干擾。這就引入了第一個變量。汽車可能會暴露在一個外場中，也可能攜帶有會產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機(jī)和天線，但無論如何，干擾場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上或附近的開放式區(qū)域時(shí)，它所產(chǎn)生的干擾就比當(dāng)它被安裝在車輛底盤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，不論部件安裝在什么地方，RF電流都可能通過其接插件傳導(dǎo)到部件中。鑒于此，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。

　　輻射干擾測試

　　所有的輻射測試法都不外向被測裝置施加一個強(qiáng)度得到校準(zhǔn)的RF場，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電流和電壓又會出現(xiàn)在有源器件的敏感節(jié)點(diǎn)上，從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，它們各有其優(yōu)、缺點(diǎn)和局限性。

　　微波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，為了避免與附近的其他合法無線電用戶相互干擾，測試應(yīng)該在一個屏蔽室中進(jìn)行。但這會引入墻壁的反射，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(jìn)行電波消聲處理，創(chuàng)造一個“吸波室（absorber lined chamber）”環(huán)境，而這又會極大增加測試設(shè)備的成本。測試時(shí)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，因此需要的天線也有許多種不同的類型（見圖1）。此外，加之于EUT上的場也應(yīng)該盡可能均勻并且受到良好控制。測試時(shí)的場可能會影響暗室的規(guī)格，因此天線不能離EUT過近，方向性也不能太強(qiáng)，否則產(chǎn)生的場會只集中于EUT的某一個區(qū)域。同時(shí)，天線和EUT距離過近還會導(dǎo)致二者互感增大，從而加大天線上所加信號的控制難度。被測對象的物理尺寸越大，這一距離要求就越難滿足。另外，根據(jù)公式P = （E · r）2/30 watts（當(dāng)天線具備單元增益時(shí)），天線離EUT越遠(yuǎn)，達(dá)到某個給定場強(qiáng)時(shí)需要的功率就越大。

　　圖1 典型的輻射干擾測試裝置

　　注意，該公式給出的是場強(qiáng)和距離的平方率關(guān)系，即當(dāng)某個給定距離上的場強(qiáng)從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，需要的功率是原來的4倍，或者說當(dāng)場強(qiáng)從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，在給定功率下，距離只有原來的四分之一。EUT位置處的場強(qiáng)通過一個各向同性的寬帶場傳感器來測量，各向同性是為了保證傳感器對方向不敏感，而寬帶則是為了保證它在不同頻率下均能得到正確的測量值。