資深汽車(chē)工程師談EMC的設計和整改

　　周巖兄弟給我投了一份材料，我在此基礎上做了一些整改，本文是我們兩個(gè)材料的整合。大家做EMC實(shí)驗給實(shí)驗折騰的很痛苦，實(shí)際的成本。

　　國內追索的情況更多的是直接壞的情況，這是一種壞的情況是大家都看得明白的。

　　案子1

　　– 某種中高檔次轎車(chē)，具有高性能ABS系統。樣車(chē)在一次實(shí)況測試中遇到了雨天，啟動(dòng)雨刮器，在某一車(chē)速運行時(shí)，ABS突然失去了作用

　　– 后果，車(chē)輛損壞

　　案子2

　　– 國內生產(chǎn)的某一型號微型汽車(chē)，其發(fā)電機調節器經(jīng)常出現易被擊穿損壞現象

　　– 經(jīng)查，當雨刮器工作時(shí)，這種損壞現象就容易發(fā)生。

　　造成這種現象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅動(dòng)電機作為感性負載，在切斷電源時(shí)會(huì )產(chǎn)生反向電流并通過(guò)電源線(xiàn)傳輸到供電系統中，從而在電源系統中產(chǎn)生干擾脈沖，一些電子部件在這種干擾脈沖條件下，不能正常工作，甚至導致?lián)p壞。

　　案子3

　　– 某種國內開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的安全氣囊，在汽車(chē)整車(chē)裝配線(xiàn)上突然引爆

　　– 經(jīng)對該安全氣囊的電子引爆控制器進(jìn)行試驗檢查，發(fā)現其不能承受較強的環(huán)境輻射電磁場(chǎng)，當有靜電放電發(fā)生時(shí)，會(huì )有誤動(dòng)作。

　　分析結果：操作現場(chǎng)的工人的身體靜電引爆氣囊

　　如下這種就是埋坑給整車(chē)企業(yè)的工程師了，布線(xiàn)實(shí)際到ECU這里就出現下面這種情況了。

　　所以總的來(lái)說(shuō)，我們是先設計：

　　板級的地線(xiàn)策略，結合著(zhù)EMC的規范

　　系統級的接地和保護

　　這里就是把理念級別的，和框圖級別的合起來(lái)

　　1）原理圖階段

　　區分模塊外部存在弱小的傳感器信號、普通的小電流的信號、大 電流的輸出驅動(dòng)和大電流的感性負載驅動(dòng)。

　　對于低邊驅動(dòng)的時(shí)候，信號的返回路徑都是通過(guò)模塊的地線(xiàn)返回的；

　　高邊開(kāi)關(guān)則是通過(guò)模塊的電源抽取電流的，根據這些 特點(diǎn)我們將電路進(jìn)行基本分組。

　　這里實(shí)現的還需要后面執行和考慮

　　2）架起原理圖和PCB之間的橋梁

　　如何將原理圖和PCB對應起來(lái)，由于細分工種的問(wèn)題，原理圖和PCB被割裂開(kāi)來(lái)，由兩組人進(jìn)行分工作業(yè)：

　　例如在原理圖上有如下的電路：

　　隱含一個(gè)問(wèn)題就是在PCB上其實(shí)V1的負極和C1的負極是有一條線(xiàn)（Trace，蹤跡/軌跡）。

　　在設計階段A-》B-》C是都會(huì )關(guān)注。

　　如果EMC出現問(wèn)題，除了要在原理圖上查找電路參數的問(wèn)題

　　還需要特別關(guān)注C-》D，即回流路徑

　　回流路徑不順暢，會(huì )造成信號的畸變。

　　在EMC試驗時(shí)，MCU的ADC采集到的信號被干擾到了，則除了在原理圖上分析外，在PCB上講該信號高亮出來(lái)，

　　耐心尋找該信號的回流路徑是否有不順暢的地方

　　對著(zhù)信號線(xiàn)頭腦中想象回流路徑，借助工具來(lái)具象化

　　如果一不小心到了整改階段，按照老周的辦法來(lái)，他是專(zhuān)業(yè)的

　　1）電容濾波

　　Z=1/2πfC，即頻率f越大，電容的阻抗Z越小。

　　當低頻時(shí)，電容C由于阻抗Z比較大，有用信號可以順利通過(guò)；

　　當高頻時(shí)，電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了，相當于把高頻噪聲短路到GND 上去。

　　電容濾波在何時(shí)會(huì )失效

　　整改中常常會(huì )使用電容這種元器件進(jìn)行濾波，往往有“大電容濾低頻，小電容濾高頻”的說(shuō)法。

　　以常見(jiàn)的表貼式MLCC陶瓷電容為例，進(jìn)行等效模型如圖所示。容值10nF，封裝0603的X7R陶瓷的模型參數如上圖，由于等效模型中既有電容C，也有電感L，組成了二階系統，就存在不穩定性。對電路回路來(lái)說(shuō)，就是會(huì )發(fā)生諧振，諧振點(diǎn)在如下頻率處。即常說(shuō)的在諧振點(diǎn)前是電容，諧振點(diǎn)之后就不再是電容了。

　　2）LC濾波何時(shí)使用

　　如果串聯(lián)電感L，再并聯(lián)組成C，就形成了LC濾波：

　　單獨一個(gè)電容C是一階系統，單獨一個(gè)電感L也是一階系統，在幅值衰減斜率是-20dB。但LC組成的二階系統，幅值衰減斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止頻率的效果，即濾波效果更好。

　　按照我們之前的一貫做法，其實(shí)預先埋一些手段，后面去調試比較合適。在頻域考慮問(wèn)題，需要把整個(gè)阻抗考慮問(wèn)題來(lái)選取辦法。

　　小結：

　　1）有時(shí)候我是信這些守則的，把每個(gè)部分的方法分散在設計的各個(gè)階段，來(lái)控制整個(gè)開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，但是這樣的手段給人當作書(shū)生之見(jiàn)也是必然的?？空牡纳駚?lái)之筆就能行，我不這么認為

　　2）既然當下沒(méi)辦法，那我們從現有的設計出發(fā)，找到一些手段去亡羊補牢也可以啦，但這種敏捷開(kāi)發(fā)，需要有大前提和架構來(lái)支撐的，書(shū)生之見(jiàn)，大家聽(tīng)聽(tīng)，有問(wèn)題找周巖問(wèn)