汽车电子EMC的标准，EMC测试出现的主要问题

前言

自动驾驶汽车和ADAS系统的发展推动汽车行业走向更复杂的EMC设计和要求更高的测试场景。对于需要既可靠的功能又不影响安全性和通信基础设施的汽车电子设备来说，车辆设计变得越来越复杂。汽车系统中电子产品的增加不仅预示着ECU的控制系统发生了根本变化，而且车辆的通信信息、安全和移动娱乐系统也发生了根本变化。重要的是车辆的所有电子设备都需要符合电磁兼容，并且不会干扰其它系统。

汽车电子的主要标准

汽车工业和汽车制造商的目标是满足关于电磁兼容性（EMC）的要求，大致分为两个，即必须确保电子设备不会发出过多的电磁干扰噪声（EMI）和不受其他系统发出的噪声所影响（EMS）。

电磁噪声

电磁兼容性（EMC）相关的汽车标准主要由CISPR，ISO和SAE颁发。

CISPR25是具有不同测试方法的标准。它要求测试电磁噪声水平至少比最低测量水平低6dB。另一个测试标准是ISO11452-4大电流注入（BCI），用于检查元件是否受到窄带电磁场的影响。通过使用电流探头直接在布线中耦合噪声来执行测试。

CISPR25包含在150kHz至2.5GHz频率范围内测量无线电干扰的限制和程序。该标准适用于任何用于车辆，拖车和设备的电子电气部件。CISPR25定义了如下图所示的测试配置，用于测量设备发出的辐射的噪声。

EMI辐射噪声测试配置示例

EMC测试出现的主要问题

当通过传输线发送高速信号并且遇到特征阻抗的变化时，部分信号被反射回来而另一个信号沿着线路继续发射出去。发射可能是由信号线路中断或地平面引起的。为此，必须避免信号线路上的锐角。为了最大限度地减少对组件的反射，使用小型组件（如0402尺寸）并将线路宽度设置为等于0402尺寸组件的宽度非常重要。

在实际测试中会发现很多EMI的问题，实质上大多是时钟信号或者时钟信号倍频超标，有一种比较有效的方法可以实现EMI降噪——展频SSCG（SpreadSpectrumClockGenerator）是一种非常有效且低成本的解决EMI问题的方案，可以在保证时钟信号完整性的基础上应对更广频率范围内EMI问题。相比传统上使用铁氧体磁珠和射频扼流线圈抑EMI，SSCG通过时钟内部集成电路调制频率的手段来达到抑制EMI峰值的目的。SSCG不仅调制时钟源，其它的同步于时钟源的数据、地址和控制信号，在时钟展频的同时也一并得以调制，整体的EMI峰值都会因此减小，所以说时钟展频是系统级的EMI解决方案，这SSCG相比其它抑制EMI措施的最大优势。另外SSCG功能可以由用户选择不同配置，可以打开或者关闭，以及设置不同的调制频率范围等，应用起来非常灵活。通过对尖峰时钟进行调制处理，使其从一个窄带时钟变为一个具有边带谐波的频谱，将尖峰能量分散到展频区域的多个频率段，从而达到降低尖峰能量，抑制EMI的效果，实现了降低时钟的辐射。它是一种有源解决方案，可以保持时钟的完整性，并且可以覆盖各种频率。

使用展频降低EMI

电源电路

各种电子设备安装在具有不同电源的车辆上，但开关电源才是产生噪声的主要来源。在不可能改变开关频率的情况下，必须引入噪声抑制措施。用于汽车系统的DC-DC解决方案具有2MHz的开关频率。因此，在AM无线电（从530kHz到1.8MHz）的范围内几乎没有问题，因为它低于2MHz，但是需要对具有高于2MHz的值的对策，特别是对于30MHz以上的高噪声频率是最重要的，因为它产生的干扰会影响其它系统的正常运行。示意图如下图所示。

根据开关位置，在各种情况下带电流回路的降压变换器

环路的寄生电感产生高频电压，因此产生噪声。

ICDC-DC降压模型

改善方法可以使用适当的屏蔽来抑制高达20MHz的噪声。或者在电源连接器旁边插入共模线圈（CMCC）以抑制20MHz或更高频率的共模噪声，亦或者在电源连接器附近插入LPF以抑制20MHz或更高频率下正常模式下的噪声，具体用哪种，还需要根据实际情况进行评估。在下图中，描述了实现电路。

具有噪声抑制方法的电路模型

总结

汽车工业的快速发展推动汽车电子面临的问题越来越多，在实际整改中单一措施并不能完全解决EMC问题，但是只要找对问题源头，通过选择适当的器件和适当的PCB设计布线，所有的问题都能迎刃而解。
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