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资深工程师告诉你如何使用示波器测试EMI辐射干扰

-2018-11-28-

手机,蓝牙耳机,卫星广播,AM/FM广播,无线因特网,雷达,以及其它不计其数的潜在电磁干扰源发射出的电磁波混杂在真实世界中,为了确保汽车内的电子元器件仍旧稳健和有效,它们需要在一个受控环境中进行EMI(电池干扰扫描系统)干扰测试。

辐射抗扰室是一个完全密封的传导空间,是一个理想的EMI测试环境,因为它能够完全控制空间中产生的电磁场的频率,方向,波长。而且因为电磁场无法进入密闭的空间,在抗扰室测试的汽车部件在测试过程中能够接收精确且高度可控的电磁波。同时,电磁波也无法离开干扰室,用于测试的测量仪器以及在抗扰室外操控的工程师能够免于受到干扰室内产生的强电磁波的伤害。

  现代汽车包含成百上千个电子电路以实现安全、娱乐以及舒适相关的各种各样的功能。这些汽车电子部件,也被称为电子控制单元(ECU),必须满足严格的EMI干扰标准。

  电磁干扰室配置

  在电磁干扰室内部,典型的器件级抗干扰测试设置包括被测的电子控制单元(ECU),电线束,以及包含实际或者等效电子负载的仿真器,还有一系列外设以代表汽车电子控制单元(ECU)的接口;发送和接收天线用于产生高场强的电磁波;还有模式调谐器被放置于干扰室来改变空间的几何尺寸,以创造测试中需要的电磁场效果。汽车电子控制单元(ECU)在预设模式下运行并暴露在电磁干扰场中。

  在暴露于干扰源的过程中,通过监控汽车电子控制单元(ECU)的响应来验证其是否超出允许的容限。对于大多数RF干扰测试,与计划的偏离检测需要确定器件抗干扰阈值,该值是通过逐渐调整干扰源的幅度直到汽车电子控制单元(ECU)的功能出现偏离的方法而确定的。

  被测的汽车电子控制单元(ECU)需要符合严格的ISO(标准化国际组织)规则,以及汽车厂商和汽车电子控制单元(ECU)部件供应商之间达成的需求。因为每个电子部件对于电磁场的抗干扰能力会有轻微的差异,检测与可接收标准间的性能偏离,以及决定这些值什么时候超出测试计划规则,是执行EMI测试工程师的任务和责任。

  在EMI测试过程中确定汽车电子控制单元(ECU)是否仍旧正常工作的方法是让其通过ECU的输出端口如CAN总线输出它的工作状态。其它的ECU输出也包括模拟传感器输出,以及驱动执行器的脉冲宽度调制输出。

  场的强度及考虑

  ISO/IEC61000-4-21中描述的辐射RF抗干扰测试中使用的场强和频率类型是一个典型的示例,它使用了一个包含机械模式调谐器的混响室,当在一个给定的测试频率下足够多的调谐器位置被获得时,混响室可用空间产生一个测试频率范围在0.4~3GHz、场强高达200 V/m(CM和AM)以及600 V/m(雷达脉冲)的均匀场。

  另外一个示例,ISO 11452-4中描述的传导RF抗干扰测试中使用的是一个嵌位电流注入探头以诱导RF电流进入DUT挽具,频率范围在1-400MHz,电平范围在几十到几百mA,从而可以在测试平台附近创造出足够强的场以影响非屏蔽设备的运作。这样的测试环境避免了测试仪器到测试设置的直接连接。

  面临的一个挑战是汽车电子控制单元(ECU)的输出数据来自于一个封闭空间,这个空间与测试区域隔离,测试仪器和测试人员位于封闭空间之外,所以必须要有一种办法来将封闭空间产生的数据传送到封闭空间之外用于分析。因为传统的线缆如BNC或SMA线缆本身是可导电的而且容易受到来自于干扰室内部的电磁波的影响,因此光发送和接收单元以及光纤需要被用来将干扰室内部的ECU发出的信号传送到位于干扰室外部的测试设备。光纤是非导体所以不会受到干扰室内的电磁场的影响。为了将线缆从干扰室内部连接到测试设备上,在干扰室边界处波导管被用来输出光信号,从而允许干扰室在将ECU的信号输出时仍旧保持完全的封闭。光纤波导拥有一个高通截止频率,该频率高于在干扰室中测试的频率范围,因此不会对干扰室中所创造的的环境产生干扰。

  电磁干扰测试设备设置

  下图1是一个用于抗干扰测试中偏移探测的实际设置,在密闭干扰室(发送天线处于关闭状态时)空间中拍摄的图片。模式调谐器位于干扰室的右侧,干扰室的左侧有一个CAN总线光纤发送器,放置于泡沫平台上,该平台的相对介电常数《 1.4且位于混响室的可用空间中。光纤发送器将ECU的输出信号转化为光后进入免受射频干扰的光纤并通过波导从接近地板位置离开混响室。用于测试的 ECU,以及发送和接收天线也位于混响室内部,在本图中没有显示出来。


 图1 配有模式调谐器(右)和光纤发送器(左)的混响室。天线和ECU没有在图中显示,但也是存在的。