汽车组件的EMI抗扰性测试

2012-04-01 16:33:05来源: 21ic

引言

一直以来,电磁干扰(EMI)效应是现代电子控制系统中备受关注的一个问题。尤其在当天的汽车产业中,车辆采用了一系列的车载电子模块,例如引擎管理模块、ABS系统、电子动力方向盘功能模块、车载娱乐系统和热控制模块。

同时,车辆所处的电磁环境也更加复杂。车载电子组件必须与车载射频发射机共存,这些发射机部分安装和设置得比较恰当,比如在救护车中,有些却并非如此,例如一些出厂后安装的CB发射器和车载行动电话。此外,车辆还可能进入一些由于外部发射机产生的强电磁场区域,强度每米可达几十甚至几百伏特。在多年前汽车业就已意识到这些问题,所有著名厂商也都已采取一定措施,透过制定汽车测试标准和立法要求,力图减少电磁干扰的影响。因此,今天的车辆对这种干扰都具备了较强的抵抗能力。但由于EMI对车载模块的性能影响非常大,继续对其保持警惕是有必要的。

车辆及其组件的测试是个高度专业的领域,一直以来是由厂商自己完成。在有些国家,许多车辆厂商会共同资助那些专业的测试实验室。随着车辆中使用的电子组件日益增多,汽车厂商将组件外包的趋势也日趋明显,因此,EMC测试开始逐渐变成组件厂商的责任。

在诸如ISO 11452(国际标准组织)和SAE J1113(汽车工程师协会)等汽车组件抗扰性测试国际标准的子章节中,都描述了频率存在重叠的多种不同测试方法和测试等级。汽车组件测试在没有任何更高的立法要求时,车辆厂商们就可以独自在这些通用标准的基础上制定其测试要求。

即当某汽车厂商想为其组件供货商制定组件等级的测试要求时,他可以从包含测试方法、测试频率范围和测试等级的清单上选择合适的款项来构成他自己的测试标准。这样,一个为多家汽车厂商提供子组件的厂家就有可能必须根据不同的标准,采用不同的方法,在同一个频率范围内测试同样的组件。

组件厂商可以采用一系列针对ISO 11452和SAE J1113中包含的RF测试规格而设计汽车组件测试系统来帮助完成工作,以满足客户的测试需求。这些测试系统主要有自含(self-contained)系统,遵循所有标准中规定的最高等级测试规格。采用这样的系统之后,组件厂商在对多个标准进行测试时,用到的许多测试仪器都是相同的,因而能节省大量资金。以下我们将讨论几种RF测试方法和汽车厂商测试需求中所规定的一些测试参数,并探讨组件厂商如何才能根据不同客户的测试需求搭建一个测试系统,达到只测试客户需要的目的。

1. RF测试方法

要想测试一个汽车组件的RF抗扰性,必须透过一种与车内干扰出现方式相当的方式向其施加RF干扰。这就导入了第一个变量。汽车可能会暴露在一个外场中,或可能携带具有会产生干扰信号的发射机和天线,无论如何,干扰场都可以直接作用于组件所处的位置。例如,当该组件安装在开放式区域,比如,仪表盘上或附近,它所产生的干扰就比当它被安装在车辆底盘附近或是在引擎箱内这样的屏蔽区时造成的危害要大得多。

另一方面,为了供电和信号连接的需要,所有电子模块都连到车辆的配线系统。而配线装置相当于一个有效的天线,能够与RF干扰耦合,因此,不论组件安装在什么地方,RF电流都可能透过其接插件传导到组件中。我们通常采用的测试方法有两组:辐射干扰测试和传导干扰测试。

1.1 辐射干扰测试

所有的辐射测试法都向被测装置施加一个强度得到校准的RF场,这样,就能将RF电流和电压导入装置的内部结构,然后这些RF电流和电压又会出现在主动组件的感应节点上,因而在电子线路中造成干扰。不同方法在施加RF场的方式上有所不同。

1.1.1暗室中的辐射天线测量法

最简单明了的产生RF场的方法就是向一个天线灌入能量,并将其指向被测设备(EUT)。天线能够将RF能量转化为一个辐射场,并使其充满测试区域。由于需要在很宽的频谱范围内产生高电平的RF信号,测试应该在一个屏蔽室中进行,避免与附近的其它合法无线电用户相互干扰。但这会出现墙壁的反射,从而改变室内的场分布。为解决这一问题,需要对屏蔽室的表面进行处理,创造一个‘吸波室(absorber lined chamber)’环境,这又会大大增加测试设备的成本。测试使用的天线在被测频率范围内应该具有较宽的频率响应。车辆测试中的测试频率可能从10kHz到18GHz,因此需要许多种不同的类型的天线。图1是一种典型辐射装置。

11.jpg

图1 辐射干扰测试装置

加在EUT上的场分布也要尽可能均匀,并且具有良好控制。测试时的场可能会影响屏蔽室的规格,因此天线不能离EUT太近,方向性也不能太强,避免产生的场只集中于EUT的某一个区域。天线和EUT距离过近还会导致二者互感增大,进而影响了天线上所加信号的控制难度。被测对象的尺寸越大,这一要求就越难满足。另外,根据公式P=(E*r)2/30W(当天线具备单元增益时),天线离EUT越远,达到某个场强时需要的功率就越大。

注意,该公式给出的是场强和距离的平方率关系,即当某个特定距离上的场强从10V/m增大到20V/m时,需要的功率是原来的4倍,或者说当场强从10V/m增大到20V/m时,在特定功率下,距离只有原来的四分之一。EUT位置处的场强透过一个各向同性的宽频场感应器来测量,各向同性是为了保证感应器对方向不感应,而宽频则是确保它在不同频率下均能得到正确的测量值。

1.1.2 TEM单元法

根据ISO 11452-3和SAE J1113/24中的规定,横电磁波(TEM)单元只是一段传输线,在其一端馈入一定的RF功率,并在另一端接一个负载阻抗。随着电磁波在传输线中的传播,导体间就建立起一个电磁场。TEM描述的是在这类单元的作用区域内产生的占主导地位的电磁场。当传输线长度给定时,在一定的区域内,场强均匀,且易测量或运算。EUT就放置在作用区域内。

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关键字:汽车组件  EMI  抗扰性测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0401/article_4913.html
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