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1、对汽车设计中电磁兼容性的思考来源： | 作者： | 发布时间： 2010-05-18 09:29:49 | 浏览：117 次【 字体：大 中 小】 摘要:介绍国内外电磁兼容性(EMC)日前主要标准，阐述汽车电磁兼容性设计应采取的措施。关键词:电磁兼容;电磁骚扰;电磁十扰;抗扰性;屏蔽;抑制汽车电磁兼容技术关乎汽车特定电子系统及其周围电子系统运行的安全可靠性，保证设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中仃何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。汽车内外皆充满电磁十扰。汽车电子设备取代了传统扫 L 械系统结构，带给驾驶者与乘客更多舒适性与便利性，如控制玻璃窗升降、电动座椅、中控锁等，电子化设备
2、已经逐步深入到安全系统及其它众多智能化控制领域中。在汽车正常运行时，由于搭载于汽车上的电子设备长时间处于杂 i 氏、十扰的复杂环境中，汽车电子设备必须具有优良的电磁兼容性能。汽车电子产品都有可能产生电磁十扰，以传导十扰和辐射十扰的方式发射电磁波，导致其周围的电子设备或通信产品受到影响，使其无法正常运作。汽车产生的电磁十扰不但会影响其它电子设备正常工作，也会影响汽车电 i系统木身的正常工作;同时，外界的电磁十扰也会影响汽车上电子设备的正常工作。为了汽车运行安全性、汽车排放控制有效性、汽车节能有效性、汽车智能控制可靠性等，必须有效地解决汽车电 i系统的电磁兼容性。1 目前国内外 EMC 卞要标准1
3、.1 EMC 标准体系(表 1)1.2 国内目前的 EMC 标准1) GB14023-2006 作辆、船和由内燃机驭动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法，频率 30 i 000 MHz，国家强制性标准。2 汽车电子电器零部件内部的电磁兼容性设计2.1 印制线路板上的电磁兼容性问题在印制线路板上的电磁兼容性问题有公共阻抗的祸合、线间串扰、高频载流导线的电磁辐射、印制线路板对高频辐射的感应以及波形在长线传输中的畸变等。2.1.1 线路板设计的一般规律在印制板布线时应先确定元器件在板上的位置，然后布置搭铁线、电源线，再安排高速信号线，最后再考虑低速信 5 线。元器件的位置应按电源电压、数字及模拟
4、电路、速度高低、电流人小等进行分组，以免相互十扰。根据元器件的位置可以确定印制线路板上连接器各个引脚的安排。所有连接器应安排在印制线路板的一侧，尽量避免从两侧引出电缆，以减少共模辐射。2.1.2 线路板的布局原则1)数字电路和模拟电路要分开布局，尤其是要和低电平的模拟电路尽可能远地分开，以避免公 i i:沮抗问题。2)对高速、中速和低速电路要分开布局，使用各自的区域。2.1.3 线路板的布线2.1.3.1 搭铁线在进行线路板布线时，应首先将搭铁线网格布好，然后再进行信 5 线和电源线的布线。当进行双面板布线时，如果过孔的 I 沮抗可以忽略，那么可以在线路板的一个面走横线，另一个面走竖线。一个低
5、阻抗的搭铁线网是很重要的，但最终搭铁线网格还是要与卞参考搭铁结构连接起来，这种连接可以是间接的(通过电容器)，也可以是直接的。2.1.3.2 电源电源和搭铁线走线要尽量靠近，最好的办法是电源线走线路板的一面，而搭铁线走线路板另一面的重合部分，这将使电源阻抗为最低;同时还有利于减少差模发射的环路面积，从而减少了电路之间的才口互十扰。2.1.4 线路板的一般布线原则1)特别注意高频电路的电源和搭铁线的分配问题。2)对模拟电路要敷设专门的搭铁线。模拟搭铁和数字搭铁可以在模/数转换器的部位单点连接。3)为减少长距离平行走线的串扰，必要时可增人印刷线条间的距离，或在走线之间有意识地安插一条搭铁线(或电源
6、线)作为线间的隔离。4)要注意电流流通过程的导线环路面积，因为载流回路对外的辐射与通过电流、环路面积及信 5 频率等的乘积成正比。减少环路面积(特别是减少时钟电路的面积，这是整个电路中频率最高的部分)就是减少了电路板对外的辐射。同时，减少环路面积对敏感电路来说，也就是减少了接受外界感应的扫 L 会。5)要在印刷线路板插头上多安排一邺彼此分散的搭铁线输入脚(最好的做法是，1 根搭铁线和 1 根信 5 线的相互间隔;次一邺的做法是，在 1 根搭铁线旁边配 2 根信 5 线，如信李搭铁一信李信弓-搭铁一信李信李搭铁一信弓-.的格局)，这有助于减少印刷线路板插脚配线的环路面积及均衡线路板上的搭铁线电流
7、，减少搭铁线的阻抗。6)如有可能，要尽量减少导线的长度，增加导线的宽度，这有利于减少导线的阻抗。7)印刷线路板上的布线宽度不要突变;导线不要突然拐角，尽可能地保持线路 I 沮抗的连续，防 i1=因线路阻抗突变造成波形传输过程中的反射与畸变。此外，导线也不要走直角或尖角，防 i1=十扰磁场的过于集中。2.1.5 线路板布线中的其它问题1)输入/输出的搭铁线处理为了减少电缆上的共模辐射，需要对电缆采取滤波和屏蔽措施。2)输入/输出线的缓冲需要与数字电路相连的接曰应使用缓冲器，以避免直接连到数字电路的搭铁线上，较理想的接曰是光电隔离器。当不能提供隔离时，可以使用以输入/输出搭铁为参考点的缓冲芯片，或
8、者使用电阻或扼流圈缓冲，并在线路板接曰处使用电容滤波。3)线路板与机壳的连接从提高设备工作可靠性的角度出发，经常要把线路板的搭铁线连至机壳上。4)线路板设计中的侧重考虑点在设计时应首先考虑最重要的部分。从电磁骚扰发射的角度考虑，最重要的信 5 是高电流变化率(di /dt)信 5,如时钟线、数据线及人功率方波振荡器等上面的信5。从敏感度的角度考虑，最重要的信 5 是前后沿触发输入电路、时钟系统及小信 5 模拟放人器等上面的信 5。一旦把这邺重要的信 5 分离出来，就可以把设计重点放到这邺电路上。2.2 电路设计上的一邺建议1)只要满足要求，j可使用速度较低的电路，不要为了减少芯片而片面地使用高
9、速电路。2)只要满足要求，系统卞频应尽量低。3)只要可能，j可用数字电路，而不用模拟电路。4)对有用信 5 来说，模拟信 5 电平尽量取高的;而数字信 5 的脉冲幅度尽量用低的。5)对有用数字电路来说，采用状态触发的逻辑比沿边触发更女子。6)闲置不用的门输入端不要悬空。7)闲置不用的运放的正输入端要接搭铁，负输入端接运放的输出端。8) n 果匹配小成问题，最好使用 1电阻和 1输入阻抗的电路，尽管功耗和 di /dt会有所增加。9)对于接i 和外围设备，尽可能用牢固的 xX 极性电路而少用 CMOS 电路。10)对数字电路来说，要在靠近电路的电源和搭铁之间加入必要的去祸电容。去祸电容的引线要短
10、。11)对敏感电路的引线不要与人电流、高速线平行，特别要远离时钟线。12)对所有输入/输出电缆要进行共模滤波，并将所有输入/输出电缆集中在线路板设定的 I/O 区域内，电缆线插接件要靠近机箱上的连接器。13)在输入/输出接曰上使用独立的搭铁线，此搭铁线要以低阻抗与扫 L 壳连接;与其它部分的搭铁线仅通过一点连接。此搭铁线专门为输入/输出电缆滤波和屏蔽提供一个十净的搭铁。14)输入/输出与内部电路之间要用光祸来连接。15)晶体振荡是整个电路中频率最高的部分，要求布置在印刷电路板的中间，然后以最短的引线连至各需要部位，以减少对外的辐射骚扰。16)石英晶体的外壳要接搭铁。17)对产生骚扰和可能产生骚
11、扰的功能部件要分开布置，并给子适当的屏蔽。18)不要通过同一插接件来连接内部信 5 和外音仔信 5。19)长线的驱动与接收要用差分电路，以便抑制共模十扰。长线驱动器和接收器要尽量靠近插接件。20)对内部连接线多的 IC 电路，要注意布局，使彼此靠近，以便使相互间有最短的连线。21)不要将输入与输出使用的运算放人器放在一起，以避免产生寄生十扰。22)如果在印刷线路板上还要有少量手工布线，要求对电源及其回路部分采用双绞线。23)对长线传输应考虑采用阻抗匹配，以避免因信 5 反射产生的波形畸变。24)利用 RS 触发器作为内部线路之间的缓冲西己合。3 整车线束的电磁兼容性考虑3.1 线束的十扰问题1
12、)线束木身是一根高效率的接收人线，能够接收到空间的电磁十扰，将十扰的能量传送到设备内部的电路，形成十扰。2)线束木身还是一根高效率的辐射人线，能够将电路工作时产生的十扰以辐射形式发射到空间，造成设备的辐射发射超标。3)线束中相互平行的导线由于相距很近，导线之间存在很人的寄生电容和电感，这邺电容和电感是导致串扰的卞要原因。4)线束连接的设备搭铁电位不同，有可能通过线束的屏蔽层引进搭铁线十扰。3.2 各种十扰及解决措施3.2.1 导线间的串扰导线之间发生串扰时，一根导线上的信 5 会祸合到另一根信 5 线上，对于这根信 5线连接的电路造成十扰，这种现象经常发生在平行的导线之间。在布线时，尤其要注意
13、对低电平模拟信 5 的传输问题，附近导线对它的串扰常常是造成系统性能卜 I 爆的卞要原因。因此在布线的设计时，必须对线束按传输信 5 的强弱进行分类归并，以便使可能发生的串扰减至最小的程度。3.2.1.1 减小电容性串扰的方法1)士曾人线间的距离是减小电容祸合的最好办法。2)将受十扰导线尽可能靠近搭铁，为此需要合理布置多点搭铁。3)采用屏蔽层，屏蔽层要搭铁，要尽量完整(使心线暴露出来的部分要尽量短)。当十扰电压的频率较高时(X20 L, h 为波长，L 为电缆长度)，需要将屏蔽层多点搭铁。4)采用光缆来解决由分布电容引起的串扰。3.2.1.2 减小电感性串扰的方法1)使用屏蔽线束。2)减小十扰
14、源和敏感电路的环路面积，最好的办法是使用双绞线和屏蔽线，让信 5线与搭铁线(或载流回路)扭绞在一起，以便使信 5 线与搭铁线(或载流回线)之间的距离最近。3)士曾人线间距离，使得十扰源与受感应线路之间的互感尽可能地小。3.2.2 车邑射抑制及减少对外界辐射敏感度的方法3.2.2.1 减少线束差模辐射的办法1)保持回路的包围面积为最小(这意味着线束的长度要尽可能地短，载流导线及其回线要尽可能地靠近。2)用双绞线(包括屏蔽的和非屏蔽的双绞线)、同轴线束以及光缆。3.2.2.2 减少线束共模辐射的办法1)减小线束的长度。在满足使用要求的前提卜，使用尽量短的线束。2)使用插针滤波的连接器来衰减信 5
15、线的对外发射。 3)使用屏蔽线束，要注意线束屏蔽层的端接位置，端接不好将不能取得满意结果。3.2.2.3 减少线束对差模辐射敏感度的办法1)减小线束的长度。2)使用双绞线(包括屏蔽的和非屏蔽的)。3)采用线束的屏蔽护套。5 含有电动扫 L 的汽车电器设备的电磁骚扰扣 J 制5.1 扣 J 制方法之一骚扰抑制可以从电动机木身入手，因为接触部分的接触不良、电刷的不十净都会产生数倍于正常运转时的骚扰情况。为了减小骚扰，要保持接触部分的接触可靠，开、合动作正常，触头的压力要保持均匀;要保持电刷和换向器的十净，保证电刷木身的品质(用软-JIB,和品质纯净-JIB,的材料)和换向器的光洁度;另外，要保持电
16、刷对换向器有适当的压力(压力稍人一邺，有利于降低骚扰的值，但过人的压力会缩短电刷的寿命和产生一邺其它问题)。最后，要使机座固定可靠，避免引起电动机的运转不稳。5.2 抑制方法之二电动机电刷产生的噪声既有共模、又有差模，解决的手段无非是采用电容、电感和搭铁等。刘一待共模噪声，电容器可接在电动机的侮根引线和搭铁之间;但刘一差模噪声，电容器应当跨接在电源引线之间。刘一于由电刷产生的噪声，通常都是差模的，是由电刷与换向器触点断开时产生的。减少噪声的另一个办法是在电刷上串联一个电感。6 汽车上活动零部件的处理汽车上的活动件(如发动机盖、后行李厢、车门等)与车身之间应连接牢固可靠的导线，发动机扫 L 体与车身之间应连接牢固可靠的导线等。
