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        資深工程師告訴你如何使用示波器測試EMI輻射干擾

        -2018-11-28-

        手機,藍牙耳機,衛星廣播,AM/FM廣播,無線因特網,雷達,以及其它不計其數的潛在電磁干擾源發射出的電磁波混雜在真實世界中,為了確保汽車內的電子元器件仍舊穩健和有效,它們需要在一個受控環境中進行EMI(電池干擾掃描系統)干擾測試。

        輻射抗擾室是一個完全密封的傳導空間,是一個理想的EMI測試環境,因為它能夠完全控制空間中產生的電磁場的頻率,方向,波長。而且因為電磁場無法進入密閉的空間,在抗擾室測試的汽車部件在測試過程中能夠接收精確且高度可控的電磁波。同時,電磁波也無法離開干擾室,用于測試的測量儀器以及在抗擾室外操控的工程師能夠免于受到干擾室內產生的強電磁波的傷害。

          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,也被稱為電子控制單元(ECU),必須滿足嚴格的EMI干擾標準。

          電磁干擾室配置

          在電磁干擾室內部,典型的器件級抗干擾測試設置包括被測的電子控制單元(ECU),電線束,以及包含實際或者等效電子負載的仿真器,還有一系列外設以代表汽車電子控制單元(ECU)的接口;發送和接收天線用于產生高場強的電磁波;還有模式調諧器被放置于干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。汽車電子控制單元(ECU)在預設模式下運行并暴露在電磁干擾場中。

          在暴露于干擾源的過程中,通過監控汽車電子控制單元(ECU)的響應來驗證其是否超出允許的容限。對于大多數RF干擾測試,與計劃的偏離檢測需要確定器件抗干擾閾值,該值是通過逐漸調整干擾源的幅度直到汽車電子控制單元(ECU)的功能出現偏離的方法而確定的。

          被測的汽車電子控制單元(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制單元(ECU)部件供應商之間達成的需求。因為每個電子部件對于電磁場的抗干擾能力會有輕微的差異,檢測與可接收標準間的性能偏離,以及決定這些值什么時候超出測試計劃規則,是執行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制單元(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沖寬度調制輸出。

          場的強度及考慮

          ISO/IEC61000-4-21中描述的輻射RF抗干擾測試中使用的場強和頻率類型是一個典型的示例,它使用了一個包含機械模式調諧器的混響室,當在一個給定的測試頻率下足夠多的調諧器位置被獲得時,混響室可用空間產生一個測試頻率范圍在0.4~3GHz、場強高達200 V/m(CM和AM)以及600 V/m(雷達脈沖)的均勻場。

          另外一個示例,ISO 11452-4中描述的傳導RF抗干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,頻率范圍在1-400MHz,電平范圍在幾十到幾百mA,從而可以在測試平臺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。

          面臨的一個挑戰是汽車電子控制單元(ECU)的輸出數據來自于一個封閉空間,這個空間與測試區域隔離,測試儀器和測試人員位于封閉空間之外,所以必須要有一種辦法來將封閉空間產生的數據傳送到封閉空間之外用于分析。因為傳統的線纜如BNC或SMA線纜本身是可導電的而且容易受到來自于干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干擾室內部的ECU發出的信號傳送到位于干擾室外部的測試設備。光纖是非導體所以不會受到干擾室內的電磁場的影響。為了將線纜從干擾室內部連接到測試設備上,在干擾室邊界處波導管被用來輸出光信號,從而允許干擾室在將ECU的信號輸出時仍舊保持完全的封閉。光纖波導擁有一個高通截止頻率,該頻率高于在干擾室中測試的頻率范圍,因此不會對干擾室中所創造的的環境產生干擾。

          電磁干擾測試設備設置

          下圖1是一個用于抗干擾測試中偏移探測的實際設置,在密閉干擾室(發送天線處于關閉狀態時)空間中拍攝的圖片。模式調諧器位于干擾室的右側,干擾室的左側有一個CAN總線光纖發送器,放置于泡沫平臺上,該平臺的相對介電常數《 1.4且位于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后進入免受射頻干擾的光纖并通過波導從接近地板位置離開混響室。用于測試的 ECU,以及發送和接收天線也位于混響室內部,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。

         

         


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