電磁兼容性（EMC）

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱 EMC）是汽車電子模塊設(shè)計(jì)核心指標(biāo)。其定義為：電子模塊在所處電磁環(huán)境內(nèi)可穩(wěn)定正常工作，同時(shí)自身產(chǎn)生的電磁干擾不會(huì)對(duì)環(huán)境內(nèi)其他設(shè)備造成超標(biāo)影響。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，EMC 屬于綜合性技術(shù)指標(biāo)，包含兩大維度：一是設(shè)備對(duì)外電磁發(fā)射的抑制能力，二是設(shè)備抵抗外部電磁騷擾的抗擾能力。

車輛屬于復(fù)雜移動(dòng)式電磁環(huán)境，集成發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、無(wú)線通訊、雷達(dá)傳感器等多類電磁干擾源。整車各電子模塊之間實(shí)現(xiàn)良好電磁兼容，是整車穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。

如圖1所示，汽車線束內(nèi)各導(dǎo)線間存在分布電容C??；若導(dǎo)線1帶有干擾電壓U?，干擾信號(hào)會(huì)經(jīng)由該電容耦合，在導(dǎo)線2上感應(yīng)生成干擾電壓U?。該耦合機(jī)理是傳導(dǎo)干擾重要物理成因，掌握電容耦合模型，便于設(shè)計(jì)人員在線束布線階段采用屏蔽、隔離等針對(duì)性抑制方案。

電磁干擾（EMI）

電磁干擾（Electromagnetic Interference，簡(jiǎn)稱EMI），指各類會(huì)造成電子模塊性能劣化的電磁能量耦合現(xiàn)象。車載電子領(lǐng)域中，EMI主要分為傳導(dǎo)干擾、輻射干擾兩類：

1. 傳導(dǎo)干擾

干擾借助電源線、信號(hào)線、地線等導(dǎo)電介質(zhì)，在不同電路網(wǎng)絡(luò)間耦合傳遞。典型案例：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火產(chǎn)生高頻噪聲，經(jīng)供電線路傳導(dǎo)至車載音響，造成收音機(jī)雜音。

2. 輻射干擾

干擾源以電磁波形式通過(guò)空間耦合至其他電路網(wǎng)絡(luò)。典型案例：車載雷達(dá)、無(wú)線通信模塊輸出高頻信號(hào)，通過(guò)空間輻射干擾周邊傳感器模組。

如圖2所示，車輛運(yùn)行時(shí)除了車內(nèi)各類電子模塊互相產(chǎn)生干擾外，還會(huì)承受高壓輸電線、通信基站等外部強(qiáng)電磁環(huán)境帶來(lái)的輻射耦合影響。整車接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣，直接關(guān)系外部電磁干擾能否可靠泄放到大地。

電磁敏感度（EMS）

電磁敏感度（Electromagnetic Susceptibility，簡(jiǎn)稱 EMS），也叫電磁抗擾度，表征設(shè)備、系統(tǒng)受電磁干擾后性能劣化的程度。

EMS 數(shù)值越高，代表器件對(duì)電磁干擾越敏感，抗干擾性能越差。車載電子設(shè)計(jì)中，一般通過(guò)屏蔽、濾波、接地、優(yōu)化 PCB 布局等方式降低敏感度、提升抗擾能力。

當(dāng)下車輛電子化程度持續(xù)提升，ADAS 輔助駕駛、自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等功能，對(duì)整機(jī)電磁抗擾性能的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。

補(bǔ)充區(qū)分要點(diǎn)：

EMI＝對(duì)外發(fā)射干擾（擾別人）；

EMS＝被外部干擾影響（被別人擾），二者共同構(gòu)成完整 EMC 設(shè)計(jì)。

汽車電子零部件電磁兼容規(guī)范體系

車載電子零部件電磁兼容規(guī)范，是保障整車電磁環(huán)境兼容、各模塊互不干擾的技術(shù)根基。ISO等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)各類EMC測(cè)試項(xiàng)目，均制定了完整細(xì)化的技術(shù)規(guī)范與試驗(yàn)要求。

輻射騷擾（RE）

輻射騷擾測(cè)試用于考核車載電子模塊以空間輻射方式向外釋放電磁干擾的特性。試驗(yàn)一般在電波暗室內(nèi)開(kāi)展，接收天線布置在 1m 或 3m 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試距離，采集模塊向外輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，常規(guī)測(cè)試頻段覆蓋 150kHz 至數(shù)吉赫茲。

車載產(chǎn)品典型輻射干擾源頭主要包括開(kāi)關(guān)電源、高速時(shí)鐘電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。

如圖3所示，整車EMC試驗(yàn)需在大型電波暗室內(nèi)開(kāi)展，暗室內(nèi)壁鋪設(shè)吸波材料以消除電磁波反射，保證測(cè)試數(shù)據(jù)僅體現(xiàn)車輛自身輻射發(fā)射量。暗室空間尺寸、轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度、天線極化方向都會(huì)大幅影響測(cè)試結(jié)果。

 EMI發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)由電波暗室、EUT被測(cè)件、接收天線、EMI測(cè)試接收機(jī)與配套控制軟件構(gòu)成。零部件級(jí)測(cè)試時(shí)，被測(cè)件放置于試驗(yàn)臺(tái)；整車測(cè)試則將整車安置在轉(zhuǎn)臺(tái)，天線沿車輛各個(gè)方位掃描采集信號(hào)。

傳導(dǎo)騷擾（CE）

傳導(dǎo)騷擾測(cè)試用于考核車載電子模塊經(jīng)由電源線、信號(hào)線向外傳導(dǎo)電磁干擾的特性。測(cè)試借助阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN，人工電源網(wǎng)絡(luò) AN）采集電源線上的傳導(dǎo)噪聲電壓、噪聲電流，常規(guī)測(cè)試頻段為 150kHz～108MHz。合理的電源濾波電路設(shè)計(jì)與完善的接地方案，是抑制傳導(dǎo)騷擾的核心手段。

如圖 4 所示，傳導(dǎo)騷擾測(cè)試時(shí)將 LISN 線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于電源輸入端與被測(cè)件 EUT 之間，為噪聲測(cè)量提供標(biāo)準(zhǔn) 50Ω 阻抗測(cè)試接口。測(cè)試布置過(guò)程中若形成接地環(huán)路，會(huì)引入額外共模電流，造成測(cè)試數(shù)據(jù)失真，因此接地方案設(shè)計(jì)是試驗(yàn)布置的關(guān)鍵要點(diǎn)。

傳導(dǎo)騷擾抗擾度（CS）

傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試通過(guò)電源線、信號(hào)線向車載電子模塊注入標(biāo)準(zhǔn)尖峰脈沖或連續(xù)波干擾，檢驗(yàn)?zāi)K承受車載電網(wǎng)瞬態(tài)波動(dòng)、空間電磁感應(yīng)傳導(dǎo)干擾的性能。 

 ISO 7637-2標(biāo)準(zhǔn)定義的各類浪涌脈沖為本項(xiàng)測(cè)試核心內(nèi)容。試驗(yàn)利用人工網(wǎng)絡(luò)（AN）復(fù)刻整車線束阻抗特征，將標(biāo)準(zhǔn)脈沖耦合至被測(cè)部件電源線與信號(hào)線。整套試驗(yàn)布置須嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，精準(zhǔn)控制線束長(zhǎng)度、接地方案以及脈沖發(fā)生器接線結(jié)構(gòu)。

射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度（RS）

射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度用于驗(yàn)證車載電子模塊抵御環(huán)境窄帶輻射電磁場(chǎng)干擾的能力。測(cè)試設(shè)備由信號(hào)源搭配功率放大器驅(qū)動(dòng)發(fā)射天線，在被測(cè)件周邊建立均勻電磁場(chǎng)；常規(guī)測(cè)試頻段為 20 MHz～6 GHz，部分標(biāo)準(zhǔn)可擴(kuò)展至 18 GHz。試驗(yàn)全程被測(cè)模塊需維持正常工作狀態(tài)，性能下降幅度不得超出標(biāo)準(zhǔn)限定等級(jí)。

如圖5所示，射頻輻射抗擾度測(cè)試一般采用連續(xù)波（CW）、調(diào)幅（AM）、脈沖調(diào)制（PM）等多種調(diào)制波形，以此復(fù)現(xiàn)真實(shí)工況下不同類型的射頻干擾。調(diào)制參數(shù)的選取會(huì)直接改變?cè)囼?yàn)嚴(yán)酷等級(jí)與考核側(cè)重點(diǎn)。

靜電放電抗擾度（ESD）

靜電放電是車載電子產(chǎn)品主要電磁干擾來(lái)源，極易造成元器件擊穿損毀、整機(jī)功能異常，靜電抗擾度相關(guān)測(cè)試內(nèi)容將獨(dú)展開(kāi)詳細(xì)說(shuō)明。

電源線傳導(dǎo)干擾與 ISO 7637-2 浪涌脈沖

傳導(dǎo)干擾概述

電源線傳導(dǎo)干擾與信號(hào)線傳導(dǎo)干擾是傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試兩大核心考核維度。對(duì)電子模塊來(lái)說(shuō)，電源側(cè)的瞬態(tài)擾動(dòng)會(huì)直接沖擊電源回路電路，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)功能異常甚至元器件損毀。ISO 7637-2標(biāo)準(zhǔn)給出多類標(biāo)準(zhǔn)化脈沖波形，可完整復(fù)現(xiàn)車載電氣系統(tǒng)中各類瞬態(tài)干擾實(shí)際工況。

浪涌脈沖 1：感性負(fù)載斷開(kāi)瞬態(tài)

該脈沖用于模擬車輛上電后，繼電器、電磁閥、喇叭等感性負(fù)載斷開(kāi)供電瞬間，在并聯(lián)電源端口產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓現(xiàn)象。脈沖1屬于車載電子模塊設(shè)計(jì)必須應(yīng)對(duì)的基礎(chǔ)干擾脈沖，任意感性負(fù)載通斷過(guò)程中都極易產(chǎn)生該類干擾。

如圖6所示，典型瞬態(tài)脈沖波形由峰值電壓$U_S$、上升時(shí)間$t_r$、持續(xù)時(shí)間$t_d$三項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)界定。脈沖1能量主要集中在2ms左右區(qū)間，屬于中速、中能量脈沖干擾，會(huì)同時(shí)造成電子模塊誤動(dòng)作、元器件損壞兩類問(wèn)題。脈沖1為負(fù)向脈沖，常規(guī)電源反接保護(hù)電路即可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)防護(hù)；電路設(shè)計(jì)中采用雙向TVS二極管、壓敏電阻均可有效吸收脈沖能量，保護(hù)后端電路。

如圖7所示，TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管是抑制脈沖1這類負(fù)向浪涌的核心防護(hù)器件。該器件響應(yīng)速度快、鉗位電壓穩(wěn)定，可在納秒級(jí)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)將過(guò)壓脈沖鉗位至安全電壓區(qū)間，被大量運(yùn)用于車載電子電源輸入端與信號(hào)接口電路。

如圖8所示，壓敏電阻為另一類常用浪涌吸收元器件，具備非線性伏安特性：當(dāng)其兩端電壓超過(guò)動(dòng)作閾值時(shí)，阻抗會(huì)急劇降低，以此泄放過(guò)壓能量。對(duì)比TVS二極管，壓敏電阻可承受更大通流，更適配高能量脈沖吸收?qǐng)鼍?，但響?yīng)速度存在明顯劣勢(shì)。

浪涌脈沖 2a：線束寄生電感效應(yīng)

脈沖2a用于模擬線束寄生電感作用下，與模塊并聯(lián)設(shè)備的電流驟然切斷所產(chǎn)生的瞬態(tài)工況。并聯(lián)支路電流突然斷開(kāi)時(shí)，線束電感為維持原有電流，會(huì)生成幅值較高的正向脈沖電壓。

脈沖2a上升時(shí)間約1μs，持續(xù)時(shí)間約0.05ms，源內(nèi)阻僅2Ω，可輸出較大瞬時(shí)電流。該脈沖在車輛正常運(yùn)行時(shí)持續(xù)存在，因此電子模塊遭受該干擾期間必須維持功能正常。受車載線束電感偏小影響，脈沖2a屬于幅值不高、前沿陡峭、脈寬窄、內(nèi)阻低的正向脈沖，會(huì)對(duì)半導(dǎo)體元器件造成一定損壞風(fēng)險(xiǎn)。

浪涌脈沖 2b：直流電動(dòng)機(jī)暫態(tài)干擾

脈沖2b用于模擬直流電機(jī)工作時(shí)充當(dāng)發(fā)電機(jī)、同時(shí)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)產(chǎn)生的瞬態(tài)工況。波形分為兩個(gè)典型階段：第一階段，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，在線束寄生電感影響下，電源端口電壓快速跌落；第二階段，電壓跌落結(jié)束后，直流電機(jī)依靠慣性持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，生成幅值偏低、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的正向脈沖。

如圖9所示，整車線束總長(zhǎng)可達(dá)數(shù)千米，線束自帶的寄生電感、寄生電阻是脈沖2b這類瞬態(tài)干擾產(chǎn)生的關(guān)鍵物理成因。通過(guò)合理對(duì)線束分段布設(shè)、優(yōu)化接地節(jié)點(diǎn)分布、完善屏蔽層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效削減寄生參數(shù)引發(fā)的干擾幅值。

浪涌脈沖 3：開(kāi)關(guān)過(guò)程瞬態(tài)

脈沖3用于模擬各類開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，分為負(fù)向脈沖3a與正向脈沖3b兩類。車輛模塊內(nèi)部繼電器、固態(tài)開(kāi)關(guān)，以及整車各類開(kāi)關(guān)通斷時(shí)，受線束分布電容、分布電感共同作用，電源端口會(huì)產(chǎn)生大量浪涌脈沖。

如圖10所示，脈沖3b為疊加在13.5V標(biāo)準(zhǔn)供電電壓上的高速正向脈沖串，上升沿極陡，脈寬約100μs，重復(fù)頻率高。脈沖3屬于疊加在正常工作電壓上的暫態(tài)浪涌，因此要求電子模塊受干擾時(shí)功能不能異常。 

 整車線束分布電容、分布電感數(shù)值偏小，致使脈沖3上升時(shí)間可達(dá)5ns級(jí)別。這類超快速瞬態(tài)脈沖極易耦合進(jìn)入數(shù)字電路電源引腳，造成邏輯電平誤觸發(fā)。為此PCB設(shè)計(jì)階段必須重點(diǎn)做好電源去耦與濾波處理。

浪涌脈沖 4：電源電壓跌落

脈沖4用于模擬內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)機(jī)工作、大功率負(fù)載上電時(shí)出現(xiàn)的電源電壓跌落工況（不含啟動(dòng)瞬間尖峰電壓）。啟動(dòng)機(jī)或大功率負(fù)載上電瞬間會(huì)抽取巨大瞬時(shí)電流，使整車蓄電池電壓大幅下降，電壓可跌至正常值一半左右，跌落持續(xù)時(shí)長(zhǎng)可達(dá)數(shù)秒乃至數(shù)十秒。此階段電子模塊易因供電不足出現(xiàn)誤動(dòng)作，內(nèi)部MCU還可能發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、程序錯(cuò)亂、整機(jī)復(fù)位等故障。

如圖11所示，針對(duì)脈沖4這類長(zhǎng)時(shí)間電壓跌落工況，PCB布局里電源去耦電容的容量大小與擺放位置起到關(guān)鍵作用。過(guò)大的電流環(huán)路面積除了會(huì)提升輻射發(fā)射水平，在電壓跌落階段還會(huì)依靠電感效應(yīng)放大電源紋波。設(shè)計(jì)時(shí)需盡可能縮小高速信號(hào)線與電源回流路徑形成的環(huán)路面積。