(a) 如何将电磁敏感度降到最低,以使电子设备不受手机、全球定位系统或信息娱乐设备等其它电子系统的电磁发射的影响。
(b) 如何保护电子设备不受恶劣汽车环境的影响,包括供电系统的瞬变和开关灯和起动电机等大负载或电感负载时的干扰。
(c) 如何尽量减少可对其它汽车电子电路造成影响的电磁发射。
而且,随着系统电压的增加、车辆电子设备的增多和更多高频电子设备造成的频率上升,这些问题也变得越来越富挑战性。此外,许多电子模块现在也会与线性度差和零点偏移大的低功率廉价传感器进行接口。这些传感器依赖小信号,电磁干扰对它们的正常工作将是灾难性的。
兼容性测试、预兼容性测试和标准
这些问题意味着汽车电磁兼容性测试已成为汽车设计的基本要素。兼容性测试已在汽车制造商、他们的供应商和各立法机构间标准化。越晚发现电磁兼容性问题,就越难识别其根本原因,解决方案也可能将更为有限和昂贵。因此,在流程的所有阶段均考虑电磁兼容性问题是一个基本做法---从集成电路设计和印刷电路板布局到模块安装和最终的汽车布局设计。为了简化这一流程,在模块和集成电路阶段考虑电磁兼容性问题的预兼容性测试已经标准化。
设计符合电磁兼容性要求的集成电路和模块
对于集成电路来说,有三种主要的电磁兼容性标准: 电磁发射标准 - IEC 61967:测量150千赫至1千兆赫范围内的辐射和传导性电磁发射电磁敏感度标准 - IEC 62132:测量150千赫至1千兆赫范围内的电磁抗扰性 瞬态标准 - ISO 7637:道路车辆的传导和耦合造成的电气干扰。
那么,系统设计师如何确保他们的系统芯片和最终的模块满足以上标准?传统的SPICE模型等此时已毫无用处,因为电磁场与SPICE模拟环境不兼容。因为芯片和整个组件的尺寸远小于电磁信号的波长(1千兆赫时波长为30厘米,远远大于集成电路尺寸),在集成电路水平,电磁场仅使用电场建立模型是足够准确的。值得注意的是,辐射发射和敏感度对于集成电路来说并不是主要问题;而主要问题的是传导发射和对印刷电路板和线束上有效天线的敏感性。
采用几种技术来确保满足电磁兼容性的要求,我们将逐一看看电磁发射和电磁敏感度这两个问题。
电磁发射
电磁发射由作为天线的外部环路中的高频电流而产生。这些高频电流的来源包括对如数字信号处理和时钟驱动器这样的核心数字逻辑的翻转(同步逻辑会产生含有大量高频成分的又大又尖的电流峰值)、模拟电路的动作、开关数字输入/输出脚和为印刷电路板及线束提供高电流峰值的高功率输出驱动器。为了尽量减少这些因素的影响,设计师应该在尽可能的情况下使用低功率电路,这可能包括降低或使用自适应电源电压或将时钟信号分布在整个频域内的架构。通过关闭数字系统中不用的部分也可减少一个时钟周期内开关元件的数量。除此以外,对时钟和驱动器信号上升/下降沿斜率加以控制以放缓开关边缘并提供软开关特性也有助于减少电磁发射。最后,设计师也应仔细研究外部的和芯片的布局方法。例如,使用“双绞”线的差分输出信号产生的电磁发射更少,对电磁发射也更不敏感。确保电源和地彼此靠近和使用高效电源去耦也是减少电磁发射的简单方法。