汽車組件的EMI抗擾性測試

摘要：隨著車輛中電子組件的增多和車內環(huán)境日益復雜，汽車廠商對組件測試的要求也越來越高。本文旨在通過介紹汽車電子組件EMI抗擾性測試的各種方法，并概括了各種方法的優(yōu)缺點，幫助測試工程師正確選擇最佳的測試方法。

引言

一直以來，電磁干擾(EMI)效應是現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)中備受關注的一個問題。尤其在當天的汽車產(chǎn)業(yè)中，車輛采用了一系列的車載電子模塊，例如引擎管理模塊、ABS系統(tǒng)、電子動力方向盤功能模塊、車載娛樂系統(tǒng)和熱控制模塊。

同時，車輛所處的電磁環(huán)境也更加復雜。車載電子組件必須與車載射頻發(fā)射機共存，這些發(fā)射機部分安裝和設置得比較恰當，比如在救護車中，有些卻并非如此，例如一些出廠后安裝的CB發(fā)射器和車載行動電話。此外，車輛還可能進入一些由于外部發(fā)射機產(chǎn)生的強電磁場區(qū)域，強度每米可達幾十甚至幾百伏特。在多年前汽車業(yè)就已意識到這些問題，所有著名廠商也都已采取一定措施，透過制定汽車測試標準和立法要求，力圖減少電磁干擾的影響。因此，今天的車輛對這種干擾都具備了較強的抵抗能力。但由于EMI對車載模塊的性能影響非常大，繼續(xù)對其保持警惕是有必要的。

車輛及其組件的測試是個高度專業(yè)的領域，一直以來是由廠商自己完成。在有些國家，許多車輛廠商會共同資助那些專業(yè)的測試實驗室。隨著車輛中使用的電子組件日益增多，汽車廠商將組件外包的趨勢也日趨明顯，因此，EMC測試開始逐漸變成組件廠商的責任。

在諸如ISO 11452(國際標準組織)和SAE J1113(汽車工程師協(xié)會)等汽車組件抗擾性測試國際標準的子章節(jié)中，都描述了頻率存在重疊的多種不同測試方法和測試等級。汽車組件測試在沒有任何更高的立法要求時，車輛廠商們就可以獨自在這些通用標準的基礎上制定其測試要求。

即當某汽車廠商想為其組件供貨商制定組件等級的測試要求時，他可以從包含測試方法、測試頻率范圍和測試等級的清單上選擇合適的款項來構成他自己的測試標準。這樣，一個為多家汽車廠商提供子組件的廠家就有可能必須根據(jù)不同的標準，采用不同的方法，在同一個頻率范圍內測試同樣的組件。

組件廠商可以采用一系列針對ISO 11452和SAE J1113中包含的RF測試規(guī)格而設計汽車組件測試系統(tǒng)來幫助完成工作，以滿足客戶的測試需求。這些測試系統(tǒng)主要有自含(self-contained)系統(tǒng)，遵循所有標準中規(guī)定的最高等級測試規(guī)格。采用這樣的系統(tǒng)之后，組件廠商在對多個標準進行測試時，用到的許多測試儀器都是相同的，因而能節(jié)省大量資金。以下我們將討論幾種RF測試方法和汽車廠商測試需求中所規(guī)定的一些測試參數(shù)，并探討組件廠商如何才能根據(jù)不同客戶的測試需求搭建一個測試系統(tǒng)，達到只測試客戶需要的目的。

1. RF測試方法

要想測試一個汽車組件的RF抗擾性，必須透過一種與車內干擾出現(xiàn)方式相當?shù)姆绞较蚱涫┘覴F干擾。這就導入了第一個變量。汽車可能會暴露在一個外場中，或可能攜帶具有會產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機和天線，無論如何，干擾場都可以直接作用于組件所處的位置。例如，當該組件安裝在開放式區(qū)域，比如，儀表盤上或附近，它所產(chǎn)生的干擾就比當它被安裝在車輛底盤附近或是在引擎箱內這樣的屏蔽區(qū)時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輛的配線系統(tǒng)。而配線裝置相當于一個有效的天線，能夠與RF干擾耦合，因此，不論組件安裝在什么地方，RF電流都可能透過其接插件傳導到組件中。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。

1.1 輻射干擾測試

所有的輻射測試法都向被測裝置施加一個強度得到校準的RF場，這樣，就能將RF電流和電壓導入裝置的內部結構，然后這些RF電流和電壓又會出現(xiàn)在主動組件的感應節(jié)點上，因而在電子線路中造成干擾。不同方法在施加RF場的方式上有所不同。

1.1.1暗室中的輻射天線測量法

最簡單明了的產(chǎn)生RF場的方法就是向一個天線灌入能量，并將其指向被測設備(EUT)。天線能夠將RF能量轉化為一個輻射場，并使其充滿測試區(qū)域。由于需要在很寬的頻譜范圍內產(chǎn)生高電平的RF信號，測試應該在一個屏蔽室中進行，避免與附近的其它合法無線電用戶相互干擾。但這會出現(xiàn)墻壁的反射，從而改變室內的場分布。為解決這一問題，需要對屏蔽室的表面進行處理，創(chuàng)造一個‘吸波室(absorber lined chamber)’環(huán)境，這又會大大增加測試設備的成本。測試使用的天線在被測頻率范圍內應該具有較寬的頻率響應。車輛測試中的測試頻率可能從10kHz到18GHz，因此需要許多種不同的類型的天線。圖1是一種典型輻射裝置。

圖1 輻射干擾測試裝置

加在EUT上的場分布也要盡可能均勻，并且具有良好控制。測試時的場可能會影響屏蔽室的規(guī)格，因此天線不能離EUT太近，方向性也不能太強，避免產(chǎn)生的場只集中于EUT的某一個區(qū)域。天線和EUT距離過近還會導致二者互感增大，進而影響了天線上所加信號的控制難度。被測對象的尺寸越大，這一要求就越難滿足。另外，根據(jù)公式P=(E*r)2/30W(當天線具備單元增益時)，天線離EUT越遠，達到某個場強時需要的功率就越大。

注意，該公式給出的是場強和距離的平方率關系，即當某個特定距離上的場強從10V/m增大到20V/m時，需要的功率是原來的4倍，或者說當場強從10V/m增大到20V/m時，在特定功率下，距離只有原來的四分之一。EUT位置處的場強透過一個各向同性的寬頻場感應器來測量，各向同性是為了保證感應器對方向不感應，而寬頻則是確保它在不同頻率下均能得到正確的測量值。

1.1.2 TEM單元法

根據(jù)ISO 11452-3和SAE J1113/24中的規(guī)定，橫電磁波（TEM）單元只是一段傳輸線，在其一端饋入一定的RF功率，并在另一端接一個負載阻抗。隨著電磁波在傳輸線中的傳播，導體間就建立起一個電磁場。TEM描述的是在這類單元的作用區(qū)域內產(chǎn)生的占主導地位的電磁場。當傳輸線長度給定時，在一定的區(qū)域內，場強均勻，且易測量或運算。EUT就放置在作用區(qū)域內。