行車(chē)安全擺第一　車(chē)輛EMI問(wèn)題不可輕忽

　　這些汽車(chē)電子產(chǎn)品以現今發(fā)展趨勢來(lái)看，已經(jīng)不只是以往的單一功能，而是多種功能的系統。此類(lèi)系統產(chǎn)品復合性功能越來(lái)越強大且傳輸速度越來(lái)越快，系統內部電子線(xiàn)路也越來(lái)越密集與復雜，而所產(chǎn)生的車(chē)輛電磁干擾（EMI）主要來(lái)源往往都是存在于車(chē)內電子產(chǎn)品內，使車(chē)輛產(chǎn)生較以往更嚴重的電磁干擾問(wèn)題，將直接或間接藉由車(chē)輛連接線(xiàn)路影響整車(chē)系統。

　　如果不適當解決電磁干擾問(wèn)題，不僅容易使內部電裝部品相互干擾，更會(huì )危及到行車(chē)安全，因此車(chē)輛電磁干擾問(wèn)題變成了設計上的主要工作及挑戰。除了產(chǎn)品功能性提高且對電路設計的技術(shù)水準要求越來(lái)越高外，也必須開(kāi)始對產(chǎn)品中各個(gè)印刷電路板（PCB）與電路上集成電路（IC）的電磁干擾問(wèn)題，展開(kāi)研究及利用量測技術(shù)加以防制。

　　正視汽車(chē)電子產(chǎn)品EMI問(wèn)題

　　以往解決這些車(chē)輛電磁干擾的問(wèn)題，往往是都是當車(chē)輛設計完成并組裝后經(jīng)過(guò)整車(chē)測試，才發(fā)現存在不少電磁干擾問(wèn)題，因此盲目針對車(chē)內有可能造成電磁干擾問(wèn)題之電裝部品進(jìn)行抑制對策，而缺少全盤(pán)系統性的整車(chē)電磁干擾設計規畫(huà)，以至于無(wú)法有共通性及有效地解決電磁輻射問(wèn)題，甚至越趨于嚴重。

　　車(chē)輛在解決電磁干擾問(wèn)題方面，需要在設計單一功能電路或整合系統之初即考慮電磁干擾問(wèn)題，并加以因應或是降低干擾源。事先的防范比完成開(kāi)發(fā)后進(jìn)行補救所花費的成本更為降低。

　　目前車(chē)輛中心協(xié)助廠(chǎng)商進(jìn)行整車(chē)改良時(shí)，將電磁干擾問(wèn)題主要區分為通訊類(lèi)產(chǎn)品中的「無(wú)線(xiàn)通信系統干擾」、進(jìn)行PCB板布局（Layout）時(shí)的「電路 PCB板電磁干擾」、電子零件本身的「主被動(dòng)電子零件電磁干擾」及電源輸入端上所帶來(lái)的「電源干擾」四種，這些都是會(huì )發(fā)生在車(chē)輛上的電磁干擾原因且較嚴重。

　　? 無(wú)線(xiàn)通信系統干擾

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信的產(chǎn)品發(fā)展與應用，逐漸地導入車(chē)輛電子產(chǎn)品的范疇，各個(gè)系統之間皆會(huì )產(chǎn)生干擾噪聲而造成本體或是其他通訊頻段的訊號接收與傳輸性能不良，如數據速率（Data Rate）降低、傳輸距離變短等可能問(wèn)題。此種無(wú)線(xiàn)通信的載臺噪聲（Platform Noise）主要因為多個(gè)意圖發(fā)射的組件或模塊一起緊密建置于系統內時(shí)，同時(shí)動(dòng)作或是在設計不良的情況下所造成互相干擾。其干擾源已經(jīng)造成電裝部品與電裝部品或是系統與系統之間的電磁干擾問(wèn)題，嚴重的話(huà)，更會(huì )影響到系統內功能模塊與模塊之間的傳輸效率降低。因此，針對數字無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品除了應加強降低本身產(chǎn)生噪聲外，并且須進(jìn)一步透過(guò)儀器及仿真軟件對本身系統平臺（如中央處理器、內存）、外部連接器（如USB）和內部無(wú)線(xiàn)芯片組/模塊（如802.11a/b /g/n、藍牙、GPS）加以分析計算，找出較佳的電路設計與傳輸路徑，避免相互干擾，盡可能將干擾程度降低。

　　? 電路PCB板的電磁干擾

　　目前車(chē)用電子產(chǎn)品功能性復雜化且操作頻率不斷地提高，印刷電路板由早期的單面板演變成多層板，體積也由大變小，可進(jìn)行布局空間及主被動(dòng)電子零件擺放位置不足，使電路中的單位密度組件增加，造成印刷電路板的電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴重。在多元及系統化功能的設計之下，電路上增加相當多的主動(dòng)性組件，如振蕩器、微控制器（MCU）等等，且傳輸速度及數據增加，工作頻率上升，所造成電磁干擾現象也愈來(lái)越大。此外，過(guò)去的單一方向模擬傳輸訊號，轉變成數字差模傳輸，如 CAN及RF PCB傳輸線(xiàn)，也逐漸在車(chē)用產(chǎn)品上被大量采用。所以，印刷電路板上干擾問(wèn)題須透過(guò)組件適當擺置、合理導線(xiàn)布置及接地系統設計、訊號頻型的區隔等方式，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設計，如利用印刷電路板仿真軟件進(jìn)行系統化分析，藉此修改布局的走線(xiàn)方式。

　　? 主被動(dòng)電子零件電磁干擾

　　目前車(chē)用IC功能越來(lái)越強、操作速度越來(lái)越快、應用越來(lái)越廣泛，使得目前信息通訊與車(chē)輛產(chǎn)業(yè)在系統整合時(shí)所造成的電磁干擾問(wèn)題也越來(lái)越嚴重，IC電路已成為車(chē)用電子系統之整體電磁干擾的主要來(lái)源之一，使用系統芯片來(lái)實(shí)現整合混合訊號（Mixed-signal）功能與高速I(mǎi)/O接口將是未來(lái)趨勢，同時(shí)由于低電壓制程技術(shù)的普及，IC經(jīng)封裝后，使得IC內部系統與芯片層級的訊號與電源完整性易受到電磁噪聲干擾。因此在開(kāi)發(fā)設計產(chǎn)品時(shí)，如能要求芯片廠(chǎng)提供IC 電磁干擾數據參考，并選用低噪聲的IC組件，將可減小后續帶來(lái)的電磁干擾問(wèn)題。

　　? 電源干擾

　　目前車(chē)輛各種電裝部品，都各自設計所屬專(zhuān)用電源，耗電量較大之電裝部品采用切換式電源設計方式，如利用脈沖寬度調變（PWM）IC驅動(dòng)金屬氧化物半導體場(chǎng)效晶體管（MOSFET）達到可調變及穩定電壓供給產(chǎn)品使用，但在電壓的轉換過(guò)程中，因為高速的電壓切換頻率及由PWM IC基頻所引起的諧波噪聲，這些噪聲就是主要的電磁干擾來(lái)源，會(huì )經(jīng)由本體或線(xiàn)路以輻射或傳導方式，造成產(chǎn)品電磁干擾問(wèn)題，最典型例子就是電動(dòng)車(chē)上的直流對直流（DC-DC）轉換器，主要的功能為高電壓轉成低電壓供給車(chē)內部品使用，而于整車(chē)電磁干擾測試時(shí)易受到因直流對直流轉換器零部品而造成量測值過(guò)高現象 （圖1）。因此，不管是車(chē)內電裝部品或是單獨的車(chē)用電源轉換器，在電源端的電路設計加入適當濾波對策組件（如一、二階以上的π型濾波器、電容、電感等）或是屏蔽以防止電源噪聲，都能有效降低產(chǎn)品電磁干擾

　　圖1　由直流對直流轉換器產(chǎn)生的干擾值

　　揪出整車(chē)電磁干擾來(lái)源

　　由上述得知，現代電子技術(shù)在車(chē)輛上的大量使用，各種3C、通訊及影音等多樣化產(chǎn)品已占據車(chē)輛總成本的40%以上，甚至更多，并且車(chē)用電子通訊設備日漸普及化，寬帶時(shí)代的定位系統、天線(xiàn)、自動(dòng)停車(chē)系統、多媒體娛樂(lè )系統、車(chē)載信息整合、遠距離醫療、自動(dòng)轉向等高科技的電子產(chǎn)品都成為車(chē)內配備。

　　另一重要環(huán)節就是行車(chē)安全部分，主被動(dòng)安全系統的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，也成為車(chē)輛標準配備之一。車(chē)用電子開(kāi)發(fā)技術(shù)或是各種車(chē)種的開(kāi)發(fā)與應用，提升了車(chē)輛的性能及價(jià)值，也大大滿(mǎn)足人類(lèi)需求上的方便性、舒適性，同時(shí)也帶來(lái)日漸嚴重及復雜電磁干擾問(wèn)題。

　　在車(chē)輛狹小空間中存在不同類(lèi)型電裝部品，彼此之間就很容易相互產(chǎn)生電磁干擾，不是成為干擾源，就是被干擾導致喪失主要功能性，因此如何找尋電磁干擾源，并且達成符合電磁干擾規范要求，是目前主要須克服的難題之一。

　　現今臺灣法規已執行的車(chē)輛電磁兼容驗證法規，為交通部「車(chē)輛安全檢測基準第五十六之一、電磁兼容性」（以下簡(jiǎn)稱(chēng)56-1法規），內容包含各種車(chē)輛之測試方法，且在輻射干擾測試上共分兩大類(lèi)，包含寬帶干擾與窄頻干擾。

　　依據56-1法規定義，車(chē)輛在測試過(guò)程中必須開(kāi)啟車(chē)輛引擎或是車(chē)輛內電裝零部品進(jìn)行測試， 如表1所示分類(lèi)。

　　? 寬帶干擾測試

　　主要為開(kāi)啟車(chē)輛的引擎、點(diǎn)火系統、電動(dòng)馬達、等進(jìn)行測試，量測出由電動(dòng)機內之換相裝置因接觸通電而發(fā)生的干擾，如有刷馬達在換向過(guò)程是極快速之電流及電壓的變換，而產(chǎn)生寬帶干擾。

　　? 窄頻干擾測試

　　主要開(kāi)啟車(chē)輛上具有數字訊號或是通訊系統的電裝部品，如影音系統或抬頭顯示器等進(jìn)行測試，目的在于量測出由高速數字回路的0與1高速交換所引發(fā)的窄頻干擾。上述此兩種噪聲干擾都會(huì )經(jīng)由輻射或傳導的方式相互影響，并產(chǎn)生不可預期的電磁干擾異?，F象。

　　在執行整車(chē)電磁干擾測試時(shí)，車(chē)輛寬窄頻干擾測試的量測方式不同，而車(chē)輛的動(dòng)力因驅動(dòng)方式不同，設定測試條件參數亦會(huì )不同，如以?xún)热紮C為動(dòng)力的車(chē)輛，量測時(shí)車(chē)輛引擎轉速須視汽缸數量來(lái)區分，如表2設定條件。

　　以電動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行量測時(shí)，動(dòng)力驅動(dòng)系統中的電動(dòng)馬達運轉須定速40km/h。而窄頻噪聲測試主要量測由車(chē)上內部電裝部品中微處理器電路或是窄頻發(fā)射源，如燈具、儀表板等，所產(chǎn)生的窄頻電磁擾動(dòng)且引擎為靜止狀態(tài)，如表3所示。

　　圖2　整車(chē)量測配置示意圖

　　車(chē)輛中心整車(chē)電磁兼容（EMC）實(shí)驗室整車(chē)電磁干擾的量測天線(xiàn)距車(chē)輛為10公尺（m），并對準車(chē)輛引擎中心進(jìn)行測試，如圖2為整車(chē)量測配置示意圖，其檢測基準的寬窄頻輻射干擾限制值如圖3所示。

　　圖3　車(chē)輛內裝系統的發(fā)展

　　對癥下藥 排除EMI

　　圖4　電磁干擾改良驗證流程

　　由上述所提到車(chē)輛內部加載眾多電裝部品，但要在這些電裝部品中分辨出輻射干擾較高的部品并加以防制，以符合整車(chē)電磁干擾規范的要求，須先進(jìn)行整車(chē)電磁干擾量測；在測試結果中如有寬帶與窄頻之量測值超出限制值時(shí)，可利用圖4之電磁干擾改良驗證流程中步驟1～3，先行找出輻射干擾的電裝部品再進(jìn)行改良。此驗證流程主要是以車(chē)內電裝部品電源開(kāi)啟的時(shí)間不同，而進(jìn)行量測測試分析，或是利用零組件測試結果進(jìn)行分析，皆可有效找出相對應干擾源的電裝部品。

　　在進(jìn)行整車(chē)電磁干擾測試后，常有量測結果超出限制值時(shí)，必須尋找干擾源并進(jìn)行改良，其改良的手法不外乎使用隔離、屏蔽，但往往都是治標不治本，對于往后量產(chǎn)造成困擾。

　　圖5　車(chē)廠(chǎng)電裝部品開(kāi)發(fā)流程

　　為了能簡(jiǎn)單且有效解決電磁干擾問(wèn)題，及確保電裝部品電磁干擾特性，正規車(chē)廠(chǎng)均會(huì )參考各市場(chǎng)或是法規、標準等試驗方法，自行制定更嚴謹及符合車(chē)廠(chǎng)需求之車(chē)輛零組件測試標準，并要求零組件廠(chǎng)商進(jìn)行測試，進(jìn)而確認產(chǎn)品符合相關(guān)電磁干擾特性要求（圖5），以便未來(lái)進(jìn)行整車(chē)開(kāi)發(fā)與測試時(shí)，可降低系統問(wèn)題與解決問(wèn)題時(shí)之參考依據，如圖6所示的車(chē)輛開(kāi)發(fā)流程。

　　圖6　車(chē)輛開(kāi)發(fā)流程

　　EMC實(shí)驗室提供對策良方

　　由上述得知，車(chē)輛電磁兼容問(wèn)題存在整車(chē)系統或是車(chē)內單一電裝部品，一般而言都必須經(jīng)由 相當測試驗證后，才可以得知干擾源，而測試方法須依循法規或國際標準，使產(chǎn)品獲得重要的認證及產(chǎn)品電磁兼容特性要求，因此具有車(chē)廠(chǎng)認可、執行法規及設備完善的電磁兼容實(shí)驗室更顯得重要性。

　　車(chē)輛中心于2003年首先完成車(chē)輛零組件驗證實(shí)驗室能量后，已陸續獲得交通部、全國認證基金會(huì )（TAF）、德國TUV、西班牙IDIADA、美國 A2LA與美國三大車(chē)廠(chǎng)（GM、Ford、Chrysler）認可實(shí)驗室，于2013年，更進(jìn)一步完成大巴士等級整車(chē)電磁兼容實(shí)驗室建置，加入國內整車(chē)電磁兼容檢測服務(wù)行列，故車(chē)輛中心從車(chē)輛零組件至各類(lèi)型車(chē)輛都有完善的測試驗證能量。實(shí)驗室并提供先進(jìn)改良診斷設備與裝置可讓客戶(hù)使用及利用，如光電轉換器、示波器、網(wǎng)絡(luò )分析儀、印刷電路板掃描儀（PCB Scanner）等等。

　　車(chē)輛中心于車(chē)用產(chǎn)品電磁兼容問(wèn)題改良上亦有豐富經(jīng)驗及成果，包含車(chē)用多媒體主機、電動(dòng)機車(chē)、電動(dòng)車(chē)等，因此電磁兼容改良工程師可協(xié)助提供客戶(hù)測試咨詢(xún)、產(chǎn)品偵錯及改良建議，并可提供電磁仿真軟件先為客戶(hù)的產(chǎn)品進(jìn)行分析后，再進(jìn)一步改良，解決電磁干擾問(wèn)題。

　　汽車(chē)相關(guān)電子產(chǎn)品需求大增，車(chē)輛電裝部品及整車(chē)的電磁兼容測試更顯重要，現今透過(guò)車(chē)輛研究中心的整車(chē)/零組件電磁兼容實(shí)驗室，可提供整體從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到驗證完整測試，及產(chǎn)品偵錯改良技術(shù)咨詢(xún)與對策方案，有助于提升廠(chǎng)商自主技術(shù)的建立與經(jīng)驗，并可節省研發(fā)及測試時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)測試成本，以掌握產(chǎn)品上市的時(shí)效性，爭取更多訂單。

　　在國際上，車(chē)輛電磁兼容皆已有相關(guān)法規及標準等規定，因此成為車(chē)輛發(fā)展的重點(diǎn)項目之一，不管是整車(chē)或是電裝部品都須透過(guò)完善的實(shí)驗室測試，以確保符合相關(guān)規范的限制要求，以保障駕駛人行車(chē)安全。