汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾設計

　　汽車(chē)上的干擾源

　　汽車(chē)電系上的負載多種多樣，既有小阻抗、大電流的阻性感性負載，也有小電流、高電壓的脈沖發(fā)生裝置，還有高頻振蕩信號源，它們不僅對外是潛在的干擾發(fā)射源，也是對車(chē)載電子產(chǎn)品的干擾源。另外，由于高機動(dòng)性，汽車(chē)也可能會(huì )處于各種可以想像得到的從低頻到高頻的復雜電磁場(chǎng)中，由此產(chǎn)生的電磁干擾耦合也會(huì )影響汽車(chē)電子電氣系統的正常運行。汽車(chē)電系內的電壓可以歸納為以下幾類(lèi)：正常工作電壓、異常穩態(tài)電壓、無(wú)線(xiàn)電干擾電壓、瞬變過(guò)電壓和靜電放電。

　　汽車(chē)電器的電磁兼容設計

　　汽車(chē)電器的電磁兼容環(huán)境應是一個(gè)設備共存、互不干擾的環(huán)境，這就要求系統具備良好的EMI和EMS特性。造成電器功能降級或失效的電磁干擾的發(fā)生必須同時(shí)具備3個(gè)要素：干擾源、干擾耦合通路以及敏感設備。抑制干擾源、阻斷耦合以及提高敏感設備的抗擾閾值是解決電磁兼容問(wèn)題的根本措施。

　　1 電磁干擾的傳輸和傳輸途徑

　　電磁干擾的發(fā)生必然存在干擾能量的傳播和傳播通道。干擾的傳輸有兩種基本方式：傳導和輻射。輻射耦合細分為：天線(xiàn)對天線(xiàn)耦合、場(chǎng)對線(xiàn)耦合和線(xiàn)對線(xiàn)耦合。針對干擾的傳播和耦合途徑，在汽車(chē)電器工程實(shí)踐中要采取如下的系統方法來(lái)改善EMC特性：濾波、屏蔽、搭鐵和布線(xiàn)。

　　2 干擾源和敏感設備的電磁兼容設計

　　在方案已定的功能電路中，檢驗電磁兼容指標是否滿(mǎn)足要求;此時(shí)如不滿(mǎn)足要求，則可通過(guò)參數修改來(lái)達到指標，如調整數字化控制器的工作頻率、圓整脈沖的上升率或重新選擇元件等。其次進(jìn)行防護設計，包括濾波、屏蔽、搭鐵與搭接設計，甚至采用時(shí)空隔離和頻率回避等改進(jìn)措施。最后是做布局調整性設計，包括對總體布局的檢驗、屏蔽體縫隙的檢驗、組件和印制板布局檢驗等。電路和分系統的電磁兼容設計包括如下的步驟：元件選擇、電路選擇、濾波技術(shù)應用、搭鐵設計、屏蔽設計、電路布局和系統布局規劃。

　　圖1 汽車(chē)行駛記錄儀硬件結構原理圖

　　3 ESD防護設計

　　為了消除靜電放電的危害，可采取的措施有：建立完善的屏蔽結構，通過(guò)搭鐵的金屬殼將靜電荷釋放到地;內部電路與金屬殼的連接應采用一點(diǎn)搭鐵;增加諸如硅瞬變電壓吸收二極管(STVS)之類(lèi)的快速保護元件，將高壓電荷泄放到地;印制電路板設計中增加保護環(huán)帶，將人手拔插線(xiàn)路板的電荷通過(guò)最短的路徑泄放到地。

　　圖2 開(kāi)關(guān)電源電路

　　汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾設計

　　1 汽車(chē)行駛記錄儀的硬件結構

　　圖1為汽車(chē)行駛記錄儀硬件結構原理。信號的抗干擾處理是通過(guò)光電隔離來(lái)實(shí)現。車(chē)載設備的電源系統對設備的可靠運行影響很大，好的電源電路能夠過(guò)濾掉許多通過(guò)電源線(xiàn)傳入的干擾信號。

　　2 電源部分的抗干擾設計

　　本控制模塊的電源電路如圖2所示。車(chē)載蓄電池—發(fā)電機的電源從24V_1處進(jìn)入，二極管D16主要是防止電源的正負極被誤接反。電感L1、L2對電源進(jìn)行濾波，和共模電感L3、電容C8配合，可以過(guò)濾掉電源中的尖峰脈沖。二極管D24 P6KE51A是脈沖干擾抑制器(TVS)，它可以快速吸收超過(guò)額定電壓的尖峰脈沖，瞬時(shí)通過(guò)電流很大，最大功率可達500～1000W。電容E5和C9進(jìn)一步對電源進(jìn)行濾波。過(guò)濾干凈的電流通過(guò)開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576變換為系統使用的5V電源。電容E7和C11對輸出5V電源進(jìn)行濾波，電阻R18和發(fā)光二極管D28指示當前是否有電。

　　圖3 DC/DC電源電路

　　在某些對可靠性要求更高的電源系統中，可以考慮采用寬輸入電壓范圍的DC-DC模塊進(jìn)行電源變換，如圖3所示。這種DC-DC模塊的輸入和輸出完全隔離，輸入范圍很寬。標稱(chēng)輸入電壓為12V的DC-DC電源的允許輸入范圍是9～18V;標稱(chēng)輸入電壓為24V的DC-DC電源模塊的允許輸入范圍是18～36V。

　　這兩種電路都經(jīng)歷了實(shí)際應用的考驗，實(shí)踐證明，不管在汽油車(chē)上還是在柴油車(chē)上都穩定可靠。

　　線(xiàn)路板設計需注意的抗干擾問(wèn)題

　　線(xiàn)路板的布線(xiàn)對系統的抗干擾性能影響很大，本系統布線(xiàn)主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮。

　　盡量加粗電源線(xiàn)和地線(xiàn)，在電源入口處盡量使用大儲能電容，在線(xiàn)路板空余處鋪設覆銅，這樣會(huì )大大增強線(xiàn)路板的抗干擾性能。

　　在芯片的電源和地兩端增加去耦電容，電容值為0.01～0.1μF，最好用陶瓷電容，每個(gè)芯片處都要加，這非常重要。

　　IO引腳處加上一個(gè)去耦電容，可以濾除大量的外部干擾。

　　盡量減少高頻信號線(xiàn)的布線(xiàn)長(cháng)度，特別是時(shí)鐘信號線(xiàn)，由于頻率很高，布線(xiàn)越長(cháng)發(fā)出的電磁干擾就越強烈。同時(shí)，也要盡量減小其他信號線(xiàn)的長(cháng)度。

　　盡量使用表面貼裝芯片，這樣不僅可以縮短電路長(cháng)度，還不會(huì )發(fā)生因振動(dòng)、沖擊而松動(dòng)的情況。