淺析：汽車電子的主要標準以及電磁兼容中的EMC問題

自動駕駛汽車和ADAS系統(tǒng)的發(fā)展推動汽車行業(yè)走向更復雜的EMC設計和要求更高的測試場景。對于需要既可靠的功能又不影響安全性和通信基礎(chǔ)設施的汽車電子設備來說，車輛設計變得越來越復雜。 汽車系統(tǒng)中電子產(chǎn)品的增加不僅預示著ECU的控制系統(tǒng)發(fā)生了根本變化，而且車輛的通信信息、安全和移動娛樂系統(tǒng)也發(fā)生了根本變化。重要的是車輛的所有電子設備都需要符合電磁兼容，并且不會干擾其它系統(tǒng)。

1、汽車電子的主要標準

汽車工業(yè)和汽車制造商的目標是滿足關(guān)于電磁兼容性（EMC）的要求，大致分為兩個，即必須確保電子設備不會發(fā)出過多的電磁干擾噪聲（EMI）和不受其他系統(tǒng)發(fā)出的噪聲所影響（EMS）。

電磁噪聲

電磁兼容性（EMC）相關(guān)的汽車標準主要由CISPR，ISO和SAE頒發(fā)。

CISPR 25是具有不同測試方法的標準。它要求測試電磁噪聲水平至少比最低測量水平低6 dB。另一個測試標準是ISO 11452-4大電流注入（BCI），用于檢查元件是否受到窄帶電磁場的影響。通過使用電流探頭直接在布線中耦合噪聲來執(zhí)行測試。

CISPR 25包含在150 kHz至2.5GHz頻率范圍內(nèi)測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛，拖車和設備的電子電氣部件。CISPR 25定義了如下圖所示的測試配置，用于測量設備發(fā)出的輻射的噪聲。

EMI輻射噪聲測試配置示例

2、EMC測試出現(xiàn)的主要問題

當通過傳輸線發(fā)送高速信號并且遇到特征阻抗的變化時，部分信號被反射回來而另一個信號沿著線路繼續(xù)發(fā)射出去。發(fā)射可能是由信號線路中斷或地平面引起的。為此，必須避免信號線路上的銳角。為了最大限度地減少對組件的反射，使用小型組件（如0402尺寸）并將線路寬度設置為等于0402尺寸組件的寬度非常重要。

在實際測試中會發(fā)現(xiàn)很多EMI的問題，實質(zhì)上大多是時鐘信號或者時鐘信號倍頻超標，有一種比較有效的方法可以實現(xiàn)EMI降噪 ——展頻SSCG（Spread Spectrum Clock Generator）是一種非常有效且低成本的解決EMI問題的方案，可以在保證時鐘信號完整性的基礎(chǔ)上應對更廣頻率范圍內(nèi)EMI問題。相比傳統(tǒng)上使用鐵氧體磁珠和射頻扼流線圈抑EMI，SSCG通過時鐘內(nèi)部集成電路調(diào)制頻率的手段來達到抑制EMI峰值的目的。SSCG不僅調(diào)制時鐘源，其它的同步于時鐘源的數(shù)據(jù)、地址和控制信號，在時鐘展頻的同時也一并得以調(diào)制，整體的EMI峰值都會因此減小，所以說時鐘展頻是系統(tǒng)級的EMI解決方案,這SSCG相比其它抑制EMI措施的最大優(yōu)勢。另外SSCG功能可以由用戶選擇不同配置，可以打開或者關(guān)閉，以及設置不同的調(diào)制頻率范圍等，應用起來非常靈活。通過對尖峰時鐘進行調(diào)制處理，使其從一個窄帶時鐘變?yōu)橐粋€具有邊帶諧波的頻譜，將尖峰能量分散到展頻區(qū)域的多個頻率段，從而達到降低尖峰能量，抑制EMI的效果，實現(xiàn)了降低時鐘的輻射。它是一種有源解決方案，可以保持時鐘的完整性，并且可以覆蓋各種頻率。

使用展頻降低EMI

3、電源電路

各種電子設備安裝在具有不同電源的車輛上，但開關(guān)電源才是產(chǎn)生噪聲的主要來源。在不可能改變開關(guān)頻率的情況下，必須引入噪聲抑制措施。用于汽車系統(tǒng)的DC-DC解決方案具有2 MHz的開關(guān)頻率。因此，在AM無線電（從530 kHz到1.8 MHz）的范圍內(nèi)幾乎沒有問題，因為它低于2 MHz，但是需要對具有高于2 MHz的值的對策，特別是對于30 MHz以上的高噪聲頻率是最重要的，因為它產(chǎn)生的干擾會影響其它系統(tǒng)的正常運行。示意圖如下圖所示。

根據(jù)開關(guān)位置，在各種情況下帶電流回路的降壓變換器

環(huán)路的寄生電感產(chǎn)生高頻電壓，因此產(chǎn)生噪聲。

IC DC-DC 降壓模型

改善方法可以使用適當?shù)钠帘蝸硪种聘哌_20 MHz的噪聲?；蛘咴陔娫催B接器旁邊插入共模線圈（CMCC）以抑制20 MHz或更高頻率的共模噪聲，亦或者在電源連接器附近插入LPF以抑制20 MHz或更高頻率下正常模式下的噪聲，具體用哪種，還需要根據(jù)實際情況進行評估。在下圖中，描述了實現(xiàn)電路。

具有噪聲抑制方法的電路模型

4、總結(jié)

汽車工業(yè)的快速發(fā)展推動汽車電子面臨的問題越來越多，在實際整改中單一措施并不能完全解決EMC問題，但是只要找對問題源頭，通過選擇適當?shù)钠骷瓦m當?shù)腜CB設計布線，所有的問題都能迎刃而解。