引言

 

手機，藍牙耳機，衛星廣播，AM/FM廣guang播bo，無wu線xian因yin特te網wang，雷lei達da，以yi及ji其qi它ta不bu計ji其qi數shu的de潛qian在zai電dian磁ci幹gan擾rao源yuan發fa射she出chu的de電dian磁ci波bo混hun雜za在zai真zhen實shi世shi界jie中zhong，為wei了le確que保bao汽qi車che內nei的de電dian子zi元yuan器qi件jian仍reng舊jiu穩wen健jian和he有you效xiao
，它ta們men需xu要yao在zai一yi個ge受shou控kong環huan境jing中zhong進jin行xingEMI幹擾測試。

 

輻射抗擾室是一個完全密封的傳導空間，是一個理想的EMI測ce試shi環huan境jing
，因yin為wei它ta能neng夠gou完wan全quan控kong製zhi空kong間jian中zhong產chan生sheng的de電dian磁ci場chang的de頻pin率lv

，方fang向xiang
，波bo長chang。而er且qie因yin為wei電dian磁ci場chang無wu法fa進jin入ru密mi閉bi的de空kong間jian，在zai抗kang擾rao室shi測ce試shi的de汽qi車che部bu件jian在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong能neng夠gou接jie收shou精jing確que且qie高gao度du可ke控kong的de電dian磁ci波bo。同tong時shi，電dian磁ci波bo也ye無wu法fa離li開kai幹gan擾rao室shi，用yong於yu測ce試shi的de測ce量liang儀yi器qi以yi及ji在zai抗kang擾rao室shi外wai操cao控kong的de工gong程cheng師shi能neng夠gou免mian於yu受shou到dao幹gan擾rao室shi內nei產chan生sheng的de強qiang電dian磁ci波bo的de傷shang害hai。

 

現代汽車包含成百上千個電子電路以實現安全、娛樂以及舒適相關的各種各樣的功能。這些汽車電子部件，也被稱為電子控製單元（ECU），必須滿足嚴格的EMI幹擾標準。

 

電磁幹擾室配置

 

在電磁幹擾室內部
，典型的器件級抗幹擾測試設置包括被測的電子控製單元（ECU），電線束，以及包含實際或者等效電子負載的仿真器，還有一係列外設以代表汽車電子控製單元（ECU）的接口；發送和接收天線用於產生高場強的電磁波
；還有模式調諧器被放置於幹擾室來改變空間的幾何尺寸，以創造測試中需要的電磁場效果。汽車電子控製單元（ECU）在預設模式下運行並暴露在電磁幹擾場中。

 

在暴露於幹擾源的過程中，通過監控汽車電子控製單元（ECU）的響應來驗證其是否超出允許的容限。對於大多數RF幹擾測試，與計劃的偏離檢測需要確定器件抗幹擾閾值，該值是通過逐漸調整幹擾源的幅度直到汽車電子控製單元（ECU）的功能出現偏離的方法而確定的。

 

被測的汽車電子控製單元（ECU）需要符合嚴格的ISO（標準化國際組織）規則，以及汽車廠商和汽車電子控製單元（ECU）部bu件jian供gong應ying商shang之zhi間jian達da成cheng的de需xu求qiu。因yin為wei每mei個ge電dian子zi部bu件jian對dui於yu電dian磁ci場chang的de抗kang幹gan擾rao能neng力li會hui有you輕qing微wei的de差cha異yi，檢jian測ce與yu可ke接jie收shou標biao準zhun間jian的de性xing能neng偏pian離li
，以yi及ji決jue定ding這zhe些xie值zhi什shen麼me時shi候hou超chao出chu測ce試shi計ji劃hua規gui則ze，是shi執zhi行xingEMI測試工程師的任務和責任。

 

在EMI測試過程中確定汽車電子控製單元（ECU）是否仍舊正常工作的方法是讓其通過ECU的輸出端口如CAN總線輸出它的工作狀態。其它的ECU輸出也包括模擬傳感器輸出，以及驅動執行器的脈衝寬度調製輸出。

 

場的強度及考慮

 

ISO/IEC61000-4-21中描述的輻射RF抗(kang)幹(gan)擾(rao)測(ce)試(shi)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)場(chang)強(qiang)和(he)頻(pin)率(lv)類(lei)型(xing)是(shi)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)示(shi)例(li)

，它(ta)使(shi)用(yong)了(le)一(yi)個(ge)包(bao)含(han)機(ji)械(xie)模(mo)式(shi)調(tiao)諧(xie)器(qi)的(de)混(hun)響(xiang)室(shi)，當(dang)在(zai)一(yi)個(ge)給(gei)定(ding)的(de)測(ce)試(shi)頻(pin)率(lv)下(xia)足(zu)夠(gou)多(duo)的(de)調(tiao)諧(xie)器(qi)位(wei)置(zhi)被(bei)獲(huo)得(de)時(shi)，混(hun)響(xiang)室(shi)可(ke)用(yong)空(kong)間(jian)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)測(ce)試(shi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)在(zai)0.4~3GHz、場強高達200 V/m（CM和AM）以及600 V/m（雷達脈衝）的均勻場。

 

另外一個示例，ISO 11452-4中描述的傳導RF抗幹擾測試中使用的是一個嵌位電流注入探頭以誘導RF電流進入DUT挽具
，頻率範圍在1-400MHz，電平範圍在幾十到幾百mA，從而可以在測試平台附近創造出足夠強的場以影響非屏蔽設備的運作。這樣的測試環境避免了測試儀器到測試設置的直接連接。

 

麵臨的一個挑戰是汽車電子控製單元（ECU）的de輸shu出chu數shu據ju來lai自zi於yu一yi個ge封feng閉bi空kong間jian
，這zhe個ge空kong間jian與yu測ce試shi區qu域yu隔ge離li，測ce試shi儀yi器qi和he測ce試shi人ren員yuan位wei於yu封feng閉bi空kong間jian之zhi外wai，所suo以yi必bi須xu要yao有you一yi種zhong辦ban法fa來lai將jiang封feng閉bi空kong間jian產chan生sheng的de數shu據ju傳chuan送song到dao封feng閉bi空kong間jian之zhi外wai用yong於yu分fen析xi。因yin為wei傳chuan統tong的de線xian纜lan如ruBNC或SMA線纜本身是可導電的而且容易受到來自於幹擾室內部的電磁波的影響，因此光發送和接收單元以及光纖需要被用來將幹擾室內部的ECU發fa出chu的de信xin號hao傳chuan送song到dao位wei於yu幹gan擾rao室shi外wai部bu的de測ce試shi設she備bei。光guang纖xian是shi非fei導dao體ti所suo以yi不bu會hui受shou到dao幹gan擾rao室shi內nei的de電dian磁ci場chang的de影ying響xiang。為wei了le將jiang線xian纜lan從cong幹gan擾rao室shi內nei部bu連lian接jie到dao測ce試shi設she備bei上shang
，在zai幹gan擾rao室shi邊bian界jie處chu波bo導dao管guan被bei用yong來lai輸shu出chu光guang信xin號hao，從cong而er允yun許xu幹gan擾rao室shi在zai將jiangECU的de信xin號hao輸shu出chu時shi仍reng舊jiu保bao持chi完wan全quan的de封feng閉bi。光guang纖xian波bo導dao擁yong有you一yi個ge高gao通tong截jie止zhi頻pin率lv，該gai頻pin率lv高gao於yu在zai幹gan擾rao室shi中zhong測ce試shi的de頻pin率lv範fan圍wei，因yin此ci不bu會hui對dui幹gan擾rao室shi中zhong所suo創chuang造zao的de環huan境jing產chan生sheng幹gan擾rao。

 

電磁幹擾測試設備設置

 

下圖1是一個用於抗幹擾測試中偏移探測的實際設置，在密閉幹擾室（發送天線處於關閉狀態時）空間中拍攝的圖片。模式調諧器位於幹擾室的右側，幹擾室的左側有一個CAN總線光纖發送器
，放置於泡沫平台上，該平台的相對介電常數< 1.4且位於混響室的可用空間中。光纖發送器將ECU的輸出信號轉化為光後進入免受射頻幹擾的光纖並通過波導從接近地板位置離開混響室。用於測試的ECU，以及發送和接收天線也位於混響室內部，在本圖中沒有顯示出來。

 

圖1：配有模式調諧器（右）和光纖發送器（左）的混響室。天線和ECU沒有在圖中顯示
，但也是存在的。

 

典型的測試方法是
，到達混響室外的信號被數據采集設備采集，並需要用戶自定義軟件來確定從ECU輸出的CAN總線信號
，傳感器信號
，或者PWM輸(shu)出(chu)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)特(te)定(ding)的(de)需(xu)求(qiu)。因(yin)為(wei)有(you)很(hen)多(duo)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)測(ce)試(shi)，以(yi)及(ji)有(you)許(xu)多(duo)測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)
，所(suo)以(yi)描(miao)述(shu)測(ce)試(shi)計(ji)劃(hua)中(zhong)所(suo)有(you)的(de)測(ce)試(shi)需(xu)求(qiu)的(de)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)將(jiang)是(shi)非(fei)常(chang)漫(man)長(chang)和(he)昂(ang)貴(gui)的(de)。將(jiang)示(shi)波(bo)器(qi)用(yong)於(yu)EMI測ce試shi領ling域yu是shi一yi個ge相xiang對dui來lai說shuo未wei被bei廣guang泛fan探tan索suo的de方fang法fa，該gai方fang法fa可ke以yi將jiang一yi個ge陣zhen列lie的de示shi波bo器qi放fang置zhi於yu幹gan擾rao室shi外wai
，使shi用yong多duo台tai示shi波bo器qi進jin行xing實shi時shi分fen析xi。因yin為wei示shi波bo器qi已yi經jing標biao配pei了le模mo板ban測ce試shi和he參can數shu門men限xian測ce試shi能neng力li，所suo以yi能neng夠gou一yi次ci性xing直zhi接jie執zhi行xing許xu多duo測ce試shi需xu求qiu，而er不bu需xu要yao花hua費fei大da量liang的de軟ruan件jian開kai發fa時shi間jian。

 

圖2 中，銅色的通往EMC幹擾室的外部的門位於測試平台的右側。在左側
，攜帶功能測試結果的橘黃色光纖中的光信號被轉換為電信號後通過BNC線纜輸入到示波器通道上。

 

圖2：在EMC幹擾室外用於抗幹擾數據動態分析的示波器陣列

 

示shi波bo器qi中zhong的de波bo形xing模mo板ban用yong於yu分fen析xi相xiang對dui於yu預yu定ding義yi的de一yi致zhi性xing需xu求qiu的de波bo形xing形xing狀zhuang。模mo板ban的de尺chi寸cun取qu決jue於yu被bei測ce信xin號hao的de功gong能neng標biao準zhun
，能neng夠gou通tong過guo計ji算suan機ji在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong進jin行xing自zi動dong化hua的de調tiao整zheng。

 

在下圖3，4，5中，一台示波器正用於監控仿真ECU的輸出。鑒於保密原因使用仿真數據，其能非常接近的觀察典型ECU的輸出。通道1和通道2顯示的是仿真的PWM信號，用於控製一個輸出驅動執行器信號。仿真執行器信號被捕獲在通道3上，CAN分離信號被捕獲在通道4上。

 

電磁兼容一致性測試

 

下圖3顯示的是關閉模板後示波器采集到的數據信號，每個信號的波形形狀可以被清晰的顯示和觀察。示波器基於通道2的邊沿觸發
，所有4個波形同時被捕獲。

 

圖3：仿真的ECU輸出信號包括通道1和2的PWM信號，通道3的執行驅動器輸出信號，以及通道4的CAN分離信號

 

下圖4zhong，mobanceshibeidakai。mobandexingzhuangkeyongyuyanzhengxinhaogaodianping，xinhaodidianping，pinlv，zhankongbi，yijiceshijihuazhongmiaoshudeqitaguigebiaozhun。mobandehouduxianshilebiaochengzhifujindezhidingrongxiandai。erqiemobanyanzhenglemeiyigecaijidaodeboxingshifoupianlidingyidebiaochengzhihuozhepianligaibiaochengzhidebaifenbi。benlizhong
，meigeboxingdoumanzusuoyoudeceshibiaozhun。tebiezhongyaodeshishiboqinenggoushiyongyuxiandingyihaodemobanbiaozhunchixudejinxingbianyanchufa
，chixudejiankongshifouyoucuowu。shiboqichufadebiaozhunshichuxianzaitongdao2的一個邊沿
，示波器可以被設置好用於識別和歸檔每次出現的錯誤。

 

圖4：仿真的ECU輸出信號
，通道1和2顯示的PWM信號
，通道3顯示的執行器驅動輸出信號，通道4顯示的CAN分離信號均在定義的容限模板內，通過模板測試標準

 

圖5中
，仿真的ECU受到了幹擾室內的EMI影響
，導致了幅度調製，降低的幅度，以及占空比和頻率的變化從而使得PWM信號和執行器驅動輸出信號的模板測試失敗。不像其它的三個信號，CAN分離信號沒有受到EMI的影響並繼續通過測試。此類型的模板測試方法允許同時進行多種標準的快速測試。

 

圖5：當施加EMI後，仿真的ECU輸出PWM信號和執行器驅動輸出信號均不能通過模板測試，示波器會提示操作人員有錯誤出現

 

除了波形模板測試以外
，Pass/Fail限定測試也適用於參數，可用於確保測量數值結果是否滿足特定的規定值。如圖5中的屏幕圖形
，示波器在測試標準下方使用紅色的“Fail”xinxizhishilesangeshibai。dangmobanceshihuozhecanshuxiandingceshishibaishijianfashenghou，shiboqiyekezidongzhixingyixiedongzuo，birubaocunboxingshujuyongyuzhijiebijiaoheguidang，baocunpingmutuxiangyongyuguidanghepinggu
，chanshengyigemaichongxinhaoyongyufuzhuzidonghuaceshi，yijifachuyigejinggaotongzhiceshicaozuoyuanyouwentichuxian。

 

結論

 

雖然在抗幹擾測試中，示波器能夠快速的執行用於確定EMC偏(pian)離(li)的(de)參(can)數(shu)測(ce)量(liang)
，但(dan)由(you)於(yu)過(guo)去(qu)缺(que)乏(fa)重(zhong)視(shi)和(he)足(zu)夠(gou)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)通(tong)道(dao)數(shu)量(liang)，在(zai)抗(kang)幹(gan)擾(rao)測(ce)試(shi)中(zhong)示(shi)波(bo)器(qi)經(jing)常(chang)被(bei)忽(hu)視(shi)。典(dian)型(xing)的(de)，參(can)數(shu)結(jie)果(guo)的(de)分(fen)析(xi)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)用(yong)戶(hu)自(zi)定(ding)義(yi)設(she)計(ji)的(de)軟(ruan)件(jian)，而(er)且(qie)很(hen)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)自(zi)己(ji)設(she)計(ji)硬(ying)件(jian)——這兩者都是費時間而且價格昂貴的。然而，多台帶有pass/fail模板和參數限值測試能力的示波器組合起來能夠直接用於分析各部件的傳感器輸出。

 

在(zai)抗(kang)幹(gan)擾(rao)測(ce)試(shi)中(zhong)，示(shi)波(bo)器(qi)陣(zhen)列(lie)是(shi)用(yong)於(yu)驗(yan)證(zheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)輸(shu)出(chu)是(shi)否(fou)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)潛(qian)在(zai)的(de)最(zui)具(ju)性(xing)價(jia)比(bi)的(de)方(fang)法(fa)，因(yin)為(wei)大(da)部(bu)分(fen)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)中(zhong)已(yi)經(jing)具(ju)有(you)的(de)pass/fail模板和參數限值測試功能完成，相對於花費成本自己開發數據采集軟件執行同樣嚴格的EMI偏離測試
，EMC工程師可以節省下大量的時間和精力。

 

作者：Derek Hu，美國力科LeCroy