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(xing)EMI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(xing)EMI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(ru)BNC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yuEMI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4中zhong
，模mo板ban測ce試shi被bei打da開kai。模mo板ban的de形xing狀zhuang可ke用yong於yu驗yan證zheng信xin號hao高gao電dian平ping，信xin號hao低di電dian平ping
，頻pin率lv，占zhan空kong比bi，以yi及ji測ce試shi計ji劃hua中zhong描miao述shu的de其qi它ta規gui格ge標biao準zhun。模mo板ban的de厚hou度du顯xian示shi了le標biao稱cheng值zhi附fu近jin的de指zhi定ding容rong限xian帶dai。而er且qie模mo板ban驗yan證zheng了le每mei一yi個ge采cai集ji到dao的de波bo形xing是shi否fou偏pian離li定ding義yi的de標biao稱cheng值zhi或huo者zhe偏pian離li該gai標biao稱cheng值zhi的de百bai分fen比bi。本ben例li中zhong，每mei個ge波bo形xing都dou滿man足zu所suo有you的de測ce試shi標biao準zhun。特te別bie重zhong要yao的de是shi示shi波bo器qi能neng夠gou使shi用yong預yu先xian定ding義yi好hao的de模mo板ban標biao準zhun持chi續xu的de進jin行xing邊bian沿yan觸chu發fa，持chi續xu的de監jian控kong是shi否fou有you錯cuo誤wu。示shi波bo器qi觸chu發fa的de標biao準zhun是shi出chu現xian在zai通tong道dao2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”信xin息xi指zhi示shi了le三san個ge失shi敗bai。當dang模mo板ban測ce試shi或huo者zhe參can數shu限xian定ding測ce試shi失shi敗bai事shi件jian發fa生sheng後hou，示shi波bo器qi也ye可ke自zi動dong執zhi行xing一yi些xie動dong作zuo，比bi如ru保bao存cun波bo形xing數shu據ju用yong於yu直zhi接jie比bi較jiao和he歸gui檔dang

，保bao存cun屏ping幕mu圖tu像xiang用yong於yu歸gui檔dang和he評ping估gu，產chan生sheng一yi個ge脈mai衝chong信xin號hao用yong於yu輔fu助zhu自zi動dong化hua測ce試shi，以yi及ji發fa出chu一yi個ge警jing告gao通tong知zhi測ce試shi操cao作zuo員yuan有you問wen題ti出chu現xian。

 

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depass/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