手機(jī)，藍(lán)牙耳機(jī)，衛(wèi)星廣播，AM/FM廣播、無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、雷達(dá)和無(wú)數(shù)其他潛在電磁干擾源發(fā)射的電磁波混合在現(xiàn)實(shí)世界中。為了確保汽車(chē)中的電子元件仍然穩(wěn)定有效，它們需要在受控環(huán)境中進(jìn)行EMI測(cè)試。

輻射抗擾室是一個(gè)理想的完全密封的傳導(dǎo)空間EMI測(cè)試環(huán)境，因?yàn)樗梢酝耆刂瓶臻g中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的頻率、方向和波長(zhǎng)。此外，由于電磁場(chǎng)不能進(jìn)入封閉空間，抗干擾室測(cè)試的汽車(chē)部件在測(cè)試過(guò)程中可以接收到準(zhǔn)確、高度可控的電磁波。同時(shí)，電磁波不能離開(kāi)干擾室。用于測(cè)試的測(cè)量?jī)x器和在抗干擾室外控制的工程師可以避免干擾室內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁波損壞。

現(xiàn)代汽車(chē)包含數(shù)百個(gè)電子電路，以實(shí)現(xiàn)與安全、娛樂(lè)和舒適相關(guān)的各種功能。這些汽車(chē)電子部件，也被稱(chēng)為電子控制單元（ECU），必須嚴(yán)格EMI干擾標(biāo)準(zhǔn)。

電磁干擾室配置

在電磁干擾室內(nèi)，典型的設(shè)備級(jí)抗干擾試驗(yàn)設(shè)置包括測(cè)量的電子控制單元（ECU），電線(xiàn)束，以及模擬器，包際或等效的電子負(fù)載，以及一系列外圍設(shè)備，以代表汽車(chē)電子控制單元（ECU）接口；傳輸和接收天線(xiàn)用于產(chǎn)生高場(chǎng)強(qiáng)電磁波；模式調(diào)諧器被放置在干擾室中，以改變空間的幾何形狀，以創(chuàng)建測(cè)試所需的電磁場(chǎng)效應(yīng)。汽車(chē)電子控制單元（ECU）在預(yù)設(shè)模式下運(yùn)行并暴露于電磁干擾場(chǎng)。

在接觸干擾源的過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控汽車(chē)電子控制單元，監(jiān)控汽車(chē)電子控制單元（ECU）響應(yīng)驗(yàn)證其是否超過(guò)允許的容量。對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)RF對(duì)于干擾測(cè)試，需要通過(guò)逐漸調(diào)整干擾源的范圍來(lái)確定設(shè)備的抗干擾閾值，直到汽車(chē)電子控制單元（ECU）確定功能偏離的方法。

測(cè)試的汽車(chē)電子控制單元（ECU）要嚴(yán)格ISO(標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際組織)規(guī)則、汽車(chē)制造商和汽車(chē)電子控制單位（ECU）零部件供應(yīng)商之間的需求。由于每個(gè)電子部件對(duì)電磁場(chǎng)的抗干擾能力有輕微差異，因此檢測(cè)與可接受標(biāo)準(zhǔn)之間的性能偏差，以及決定這些值何時(shí)超過(guò)測(cè)試計(jì)劃規(guī)則EMI測(cè)試工程師的任務(wù)和職責(zé)。

在EMI在測(cè)試過(guò)程中確定了汽車(chē)電子控制單元（ECU）是否仍然正常工作的方法是讓它通過(guò)ECU輸出端口如CAN總線(xiàn)輸出其工作狀態(tài)。ECU輸出還包括模擬傳感器輸出和脈沖寬度調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。

場(chǎng)的強(qiáng)度及考慮

ISO/IEC61000-4-21中描述的輻射（RF）抗干擾試驗(yàn)中使用的場(chǎng)強(qiáng)度和頻率類(lèi)型是一個(gè)典型的例子。它使用包含機(jī)械模式調(diào)諧器的混響室。當(dāng)在給定的測(cè)試頻率下獲得足夠的調(diào)諧器位置時(shí)，混響室的可用空間產(chǎn)生測(cè)試頻率范圍為0.4~3GHz，場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)200V/m（CM和AM）以及600V/m(雷達(dá)脈沖)均勻場(chǎng)。

另一個(gè)示例，ISO11452-4RF在抗干擾試驗(yàn)中，一個(gè)嵌入式電流注入探頭用于誘導(dǎo)RF電流進(jìn)入DUT頻率范圍為1-400MHz，電平的范圍是幾十到幾百mA，這樣就可以在測(cè)試平臺(tái)附近創(chuàng)造足夠強(qiáng)大的場(chǎng)地，影響非屏蔽設(shè)備的運(yùn)行。這種測(cè)試環(huán)境避免了從測(cè)試儀器到測(cè)試設(shè)置的直接連接。

一個(gè)挑戰(zhàn)是汽車(chē)電子控制單元（ECU）輸出數(shù)據(jù)來(lái)自與測(cè)試區(qū)域隔離的封閉空間。測(cè)試儀器和測(cè)試人員位于封閉空間外，因此必須有一種方法將封閉空間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒忾]空間外進(jìn)行分析。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電纜，如BNC或SMA電纜本身是導(dǎo)電的，容易受到干擾室內(nèi)電磁波的影響。因此，需要使用光發(fā)送和接收單元以及光纖干擾室內(nèi)部ECU發(fā)送的信號(hào)傳輸?shù)轿挥诟蓴_室外的測(cè)試設(shè)備。光纖是非導(dǎo)體的，因此不會(huì)受到干擾室內(nèi)電磁場(chǎng)的影響。為了將電纜從干擾室內(nèi)部連接到測(cè)試設(shè)備，使用波導(dǎo)管在干擾室邊界輸出光信號(hào)，從而允許干擾室進(jìn)入ECU在信號(hào)輸出期間，它仍然完全關(guān)閉。光纖波導(dǎo)頻率高于干擾室測(cè)試的頻率范圍，因此不會(huì)干擾干擾室內(nèi)創(chuàng)建的環(huán)境。

電磁干擾試驗(yàn)設(shè)備設(shè)置

下圖1是在封閉干擾室（當(dāng)發(fā)送天線(xiàn)關(guān)閉時(shí)）空間中拍攝的一張實(shí)際設(shè)置的圖片。模式調(diào)諧器位于干擾室的右側(cè)，在干擾室的左側(cè)有一個(gè)CAN總線(xiàn)光纖發(fā)射器放置在泡沫平臺(tái)上，相對(duì)介電常數(shù)為1.4.位于混響室的可用空間。光纖發(fā)射器將使用ECU輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為光，進(jìn)入光纖，不受射頻干擾，通過(guò)波導(dǎo)離開(kāi)混響室。用于測(cè)試的ECU，而且發(fā)送和接收天線(xiàn)也位于混響室內(nèi)，沒(méi)有顯示在此圖中。

圖1配有模式調(diào)諧器(右)和光纖發(fā)射器(左)的混響室。天線(xiàn)和天線(xiàn)ECU圖中沒(méi)有顯示，但也存在。

典型的測(cè)試方法是通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到達(dá)混響室外的信號(hào)，用戶(hù)需要定制軟件來(lái)確定ECU輸出的CAN總線(xiàn)信號(hào)，傳感器信號(hào)，或PWM輸出是否滿(mǎn)足特定要求。描述測(cè)試計(jì)劃中所有測(cè)試需求的軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本將非常長(zhǎng)且昂貴，因?yàn)橛性S多信號(hào)需要測(cè)試，并且有許多測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。使用示波器EMI測(cè)試領(lǐng)域是一種相對(duì)不被廣泛探索的方法，可以將一個(gè)陣列示波器放置在干擾室外，并使用多個(gè)示波器進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。由于示波器標(biāo)準(zhǔn)配備了模板測(cè)試和參數(shù)門(mén)限制測(cè)試能力，因此它可以在不花費(fèi)大量軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間的情況下直接執(zhí)行許多測(cè)試需求。

圖2中，銅色的通向EMC干擾室外的門(mén)位于測(cè)試平臺(tái)的右側(cè)。在左側(cè)，橙色光纖中的光信號(hào)通過(guò)功能測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)BNC在示波器通道上輸入電纜。

圖2在EMC示波器陣列用于抗干擾數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析

示波器中的波形模板用于分析相對(duì)于預(yù)定義的一致性要求的波形形狀。根據(jù)測(cè)量信號(hào)的功能標(biāo)準(zhǔn)，模板的尺寸可以通過(guò)計(jì)算機(jī)在測(cè)試過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整。

在下圖3、4、5中，一個(gè)示波器用于監(jiān)控模擬ECU輸出。鑒于使用模擬數(shù)據(jù)的保密原因，它可以非常接近典型的觀(guān)察ECU輸出。通道1和通道2顯示模擬PWM用于控制輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器信號(hào)的信號(hào)。在通道3上捕獲模擬執(zhí)行器信號(hào)，CAN在通道4上捕獲分離信號(hào)。

電磁兼容一致性試驗(yàn)

下圖3顯示了關(guān)閉模板后由示波器收集的數(shù)據(jù)信號(hào)，可以清晰地顯示和觀(guān)察每個(gè)信號(hào)的波形形狀。示波器基于通道2的邊緣觸發(fā)，同時(shí)捕獲所有四個(gè)波形。

圖3 仿真的ECU輸出信號(hào)包括通道1和2的PWM信號(hào)，通道3的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)，以及通道4的CAN分離信號(hào)

在下圖4中，模板測(cè)試被打開(kāi)。模板的形狀可用于驗(yàn)證測(cè)試計(jì)劃中描述的高信號(hào)水平、低信號(hào)水平、頻率、占空比和其他規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。模板的厚度顯示了標(biāo)稱(chēng)值附近的指定容量帶。模板驗(yàn)證了收集到的每個(gè)波形是否偏離了標(biāo)稱(chēng)值或標(biāo)稱(chēng)值的百分比。在這個(gè)例子中，每個(gè)波形都符合所有的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。特別重要的是，示波器可以使用預(yù)定義的模板標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)觸發(fā)邊緣，并連續(xù)監(jiān)控是否有錯(cuò)誤。示波器觸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在通道2的邊緣，可以設(shè)置為識(shí)別和歸檔錯(cuò)誤。

圖4 仿真的ECU輸出信號(hào)，通道1和2顯示的PWM信號(hào)，通道3顯示的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)，通道4顯示的CAN分離信號(hào)均在定義的容限模板內(nèi)，通過(guò)模板測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

圖5中，ECU室內(nèi)干擾EMI其影響導(dǎo)致振幅調(diào)制、振幅降低、占空比和頻率的變化PWM由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的模板測(cè)試失敗。與其他三個(gè)信號(hào)不同，CAN未接收分離信號(hào)EMI影響并繼續(xù)通過(guò)測(cè)試。這種模板測(cè)試方法允許同時(shí)進(jìn)行各種標(biāo)準(zhǔn)的快速測(cè)試。

圖5 當(dāng)施加EMI后，仿真的ECU輸出PWM信號(hào)和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)均不能通過(guò)模板測(cè)試，示波器會(huì)提示操作人員有錯(cuò)誤出現(xiàn)

除波形模板測(cè)試外，Pass/Fail限定測(cè)試也適用于參數(shù)，以確保測(cè)量值結(jié)果是否符合特定的規(guī)定值。如圖5所示，示波器在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下使用紅色“Fail”信息顯示了三個(gè)失敗。當(dāng)模板測(cè)試或參數(shù)限制測(cè)試失敗時(shí)，示波器也可以自動(dòng)執(zhí)行一些動(dòng)作，如保存波形數(shù)據(jù)進(jìn)行直接比較和歸檔，保存屏幕圖像進(jìn)行歸檔和評(píng)估，產(chǎn)生脈沖信號(hào)進(jìn)行輔助自動(dòng)測(cè)試，并向測(cè)試操作員發(fā)出警告。

結(jié)論

雖然在抗干擾試驗(yàn)中，示波器可以快速執(zhí)行以確定EMC偏離參數(shù)測(cè)量，但由于過(guò)去缺乏關(guān)注和足夠的示波器通道數(shù)量，示波器在抗干擾測(cè)試中經(jīng)常被忽略。通常，參數(shù)結(jié)果的分析需要開(kāi)發(fā)用戶(hù)自定義設(shè)計(jì)的軟件，而且可能需要用戶(hù)自己設(shè)計(jì)硬件——這兩者都是耗時(shí)和昂貴的。然而，許多都有pass/fail模板與參數(shù)限值測(cè)試能力的示波器可直接用于分析各部件的傳感器輸出。

在抗干擾測(cè)試中，示波器陣列是驗(yàn)證傳感器輸出是否符合要求的最具成本效益的方法，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能可以在示波器中使用pass/fail完成模板和參數(shù)限值測(cè)試功能，與開(kāi)發(fā)自己的數(shù)據(jù)采集軟件的成本相比同樣嚴(yán)格EMI偏離測(cè)試，EMC工程師可以節(jié)省大量的時(shí)間和精力。