汽車(chē)元件中EMI抗干擾測試分析

　　多年以來(lái)，電磁干擾（EMI）效應一直是現代電子控制系統中備受關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。尤其在今天的汽車(chē)工業(yè)中，車(chē)輛采用了許多關(guān)鍵的和非關(guān)鍵 （criTIcal and non-criTIcal）的車(chē)載電子模塊，例如引擎管理模塊、防抱死系統、電子動(dòng)力轉向功能模塊（electrical power steering funcTIons）、車(chē)內娛樂(lè )系統和熱控制模塊。

　　同時(shí)，車(chē)輛所處的電磁環(huán)境也更加復雜。車(chē)上的電子元件必須與射頻發(fā)射機共存，這些發(fā)射機有些安裝和設置得比較恰當（例如應急服務(wù)車(chē)輛中），有些卻并非如此（例如一些出廠(chǎng)后安裝的CB發(fā)射器和車(chē)載移動(dòng)電話(huà)）。此外，車(chē)輛還可能進(jìn)入一些外部發(fā)射機產(chǎn)生的強電磁場(chǎng)區域，強度可達幾十甚至幾百福特每米。汽車(chē)業(yè)在多年前就已意識到這些問(wèn)題，所有著(zhù)名廠(chǎng)商都已采取一定措施，通過(guò)制定測試標準和立法要求，力圖借此減少電磁干擾的影響。因此，今天的車(chē)輛對這種干擾都具備了較強的抵抗能力。但EMI對車(chē)載模塊的性能影響非常大，因此必須繼續對其保持警惕。

　　車(chē)輛及其部件的測試是一個(gè)高度專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域，一向由廠(chǎng)商自己完成。在有些國家，許多車(chē)輛廠(chǎng)商會(huì )共同資助那些專(zhuān)業(yè)的測試實(shí)驗室。隨著(zhù)車(chē)輛中使用的子部件日益增多，汽車(chē)廠(chǎng)商將部件外包的趨勢也日趨明顯，因此，EMC測試開(kāi)始逐漸變成部件廠(chǎng)商的責任。在諸如ISO 11452 （國際標準化組織） 和 SAE J1113 （汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )）等汽車(chē)部件抗擾性測試國際標準的子章節中，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(méi)有任何更高的立法要求時(shí)，車(chē)輛廠(chǎng)商們就可以在這些通用標準的基礎上制定其測試要求。即當某汽車(chē)廠(chǎng)商欲為其部件供應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來(lái)構成他自己的測試標準。最終，一個(gè)為多家汽車(chē)廠(chǎng)商提供子部件的廠(chǎng)家就有可能必須根據不同的標準，采用不同的方法，在同一個(gè)頻率范圍內測試同樣的部件。

　　為了滿(mǎn)足客戶(hù)的測試需求，部件廠(chǎng)商可以采用一系列針對ISO 11452 和SAE J1113中包含的RF測試規范而設計的汽車(chē)部件測試系統來(lái)幫助完成工作。這些測試系統通常都是自含（self-contained）系統，遵循所有標準中規定的最高級別測試規范。采用這樣的系統之后，部件廠(chǎng)商在對多個(gè)標準進(jìn)行測試時(shí)，用到的許多測試儀器都是相同的，因而能節省大量資金。以下我們將討論幾種RF測試方法和汽車(chē)廠(chǎng)商測試需求中所規定的一些測試參數，并探討部件廠(chǎng)商怎樣才能根據不同客戶(hù)的測試需求搭建相應的測試系統，達到只測試需要項目的目的。

　　幾種RF測試方法

　　要想測試一個(gè)汽車(chē)部件的RF抗擾性，必須通過(guò)一種與車(chē)內干擾出現方式相當的方式向其施加RF干擾。這就引入了第一個(gè)變量。汽車(chē)可能會(huì )暴露在一個(gè)外場(chǎng)中，也可能攜帶有會(huì )產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機和天線(xiàn)，但無(wú)論如何，干擾場(chǎng)都可以直接作用于部件所處的位置。例如，當該部件安裝在儀表盤(pán)上或附近的開(kāi)放式區域時(shí)，它所產(chǎn)生的干擾就比當它被安裝在車(chē)輛底盤(pán)附近甚或是在引擎箱內這樣的屏蔽區時(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(chē)輛的配線(xiàn)系統。

　　而配線(xiàn)裝置相當于一個(gè)有效的天線(xiàn)，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(guò)其接插件傳導到部件中。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(gè)強度得到校準的RF場(chǎng)，這樣，就能將RF 電流和電壓引入裝置的內部結構，然后這些RF電流和電壓又會(huì )出現在有源器件的敏感節點(diǎn)上，從而在電子線(xiàn)路中造成干擾。不同方法在施加RF場(chǎng)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(xiàn)測量法

　　最簡(jiǎn)單明了的產(chǎn)生RF場(chǎng)的方法就是向一個(gè)天線(xiàn)灌入能量，并將其指向被測設備 （EUT）。天線(xiàn)能夠將RF能量轉化為一個(gè)輻射場(chǎng)，并使其充滿(mǎn)測試區域。由于需要在很寬的頻譜范圍內產(chǎn)生高電平的RF信號，為了避免與附近的其他合法無(wú)線(xiàn)電用戶(hù)相互干擾，測試應該在一個(gè)屏蔽室中進(jìn)行。但這會(huì )引入墻壁的反射，從而改變室內的場(chǎng)分布。為解決這一問(wèn)題，需要對屏蔽室的表面進(jìn)行電波消聲處理，創(chuàng )造一個(gè)“吸波室（absorber lined chamber）”環(huán)境，而這又會(huì )極大增加測試設備的成本。測試時(shí)使用的天線(xiàn)在被測頻率范圍內應該具有較寬的頻率響應。車(chē)輛測試中的測試頻率可能從 10kHz到18GHz，因此需要的天線(xiàn)也有許多種不同的類(lèi)型（見(jiàn)圖1）。此外，加之于EUT上的場(chǎng)也應該盡可能均勻并且受到良好控制。測試時(shí)的場(chǎng)可能會(huì )影響暗室的規格，因此天線(xiàn)不能離EUT過(guò)近，方向性也不能太強，否則產(chǎn)生的場(chǎng)會(huì )只集中于EUT的某一個(gè)區域。同時(shí)，天線(xiàn)和EUT距離過(guò)近還會(huì )導致二者互感增大，從而加大天線(xiàn)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(mǎn)足。另外，根據公式P = （E · r）2/30 watts（當天線(xiàn)具備單元增益時(shí)），天線(xiàn)離EUT越遠，達到某個(gè)給定場(chǎng)強時(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(chǎng)強和距離的平方率關(guān)系，即當某個(gè)給定距離上的場(chǎng)強從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，需要的功率是原來(lái)的4倍，或者說(shuō)當場(chǎng)強從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，在給定功率下，距離只有原來(lái)的四分之一。EUT位置處的場(chǎng)強通過(guò)一個(gè)各向同性的寬帶場(chǎng)傳感器來(lái)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。