汽車電子零部件的BCI試驗(yàn)與EMC整改措施

BCI試驗(yàn)是汽車電子零部件必須測試而又難以通過的試驗(yàn)項(xiàng)目之一，如果不夠熟悉，就很難對問題進(jìn)行有效定位及診斷，從而浪費(fèi)大量的時(shí)間在不斷嘗試各種無效的整改措施。本文提供實(shí)際整改案例，以供大家共同學(xué)習(xí)。

汽車NFC進(jìn)入/啟動模塊有什么功能，估計(jì)有一部分同學(xué)是不了解的，這里先簡單介紹一下：簡單來說就是，我們平時(shí)刷手機(jī)坐公交、坐地鐵、開門禁這個(gè)過程，用的就是NFC近場通訊技術(shù)。而手機(jī)NFC車鑰匙也很好理解，就是你以后開車再也不需要著拿著車鑰匙了，只需要用手機(jī)NFC刷一下汽車的車門門禁，就能完成汽車的解鎖或閉鎖車門、點(diǎn)火啟動車輛等全部操作了。

汽車電子零部件-BCI(大電流注入)試驗(yàn)

為了避免出現(xiàn)NFC鑰匙不靈敏或受干擾的情況，汽車NFC進(jìn)入模塊往往需要進(jìn)行多項(xiàng)相關(guān)的汽車電子零部件的EMC試驗(yàn)，而BCI(大電流注入)試驗(yàn)則是其中一項(xiàng)。也是許多汽車電子零部件必須通過又難以通過的EMC試驗(yàn)項(xiàng)目?？赡苡胁糠滞瑢W(xué)對汽車電子零部件的BCI(大電流注入)試驗(yàn)不是十分的了解，這里還是先作簡單的介紹：大電流注入BCI法(Bulk Current Injection)試驗(yàn)是評估汽車電子零部件的輻射抗擾試驗(yàn)之一，試驗(yàn)場地一般在電磁屏蔽室中進(jìn)行，其原理是BCI信號發(fā)生器通過BCI電流注入鉗，將RF射頻干擾(測試頻段1MHz~400MHz，模式分為CW和AM)耦合到被測試的汽車零部件的線束上，然后RF射頻干擾通過汽車線束耦合至被測試的汽車電子零部件上，BCI試驗(yàn)配置如下圖所示。

BCI試驗(yàn)異常現(xiàn)象

某型號NFC進(jìn)入/啟動模塊(以下簡稱“NFC讀卡模塊”)，依據(jù)上汽SMTC 3 800 006《電子電器零件/系統(tǒng)電磁兼容測試規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，對NFC讀卡模塊進(jìn)行射頻抗干擾-大電流注入法(BCI)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在12MHz~14MHz、24MHz~28MHz及150MHz~250MHz頻段容易出現(xiàn)NFC讀卡失敗的情況。

模擬BCI異?，F(xiàn)象

由于公司EMC實(shí)驗(yàn)室暫無相關(guān)BCI試驗(yàn)設(shè)備，為了快速定位相關(guān)異常問題，考慮到BCI試驗(yàn)與CS射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度(IEC 61000-4-6)試驗(yàn)的干擾類似，于是采用CS試驗(yàn)對NFC讀卡模塊前期先進(jìn)行摸底試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下：NFC讀卡模塊采用12V電池供電，將其接口線纜(共3根BAT+、GND和LIN)通過電磁耦合夾進(jìn)行CS干擾(80%AM調(diào)制，1kHz正弦波調(diào)幅，試驗(yàn)頻段150kHz~80MHz，試驗(yàn)等級10V)耦合。LIN信號線通過LIN轉(zhuǎn)USB盒連接至筆記本電腦端，NFC卡通過3~4cm的亞克力板放置在NFC讀卡模塊上，筆記本電腦端采用上位機(jī)軟件監(jiān)控NFC讀卡的情況。

EMC風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)以上摸底試驗(yàn)的結(jié)果來分析，異常頻段在12MHz~14MHz和24MHz~28MHz頻段，通過查看NFC讀卡模塊的原理圖和相關(guān)芯片的數(shù)據(jù)手冊，發(fā)現(xiàn)干擾頻段正好落在NFC讀芯片的讀卡頻率13.56MHz及時(shí)鐘頻率27.12MHz上。

為了確定干擾的路徑是以傳導(dǎo)還是輻射為主，進(jìn)行了以下的實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場如下圖所示)：將2#讀卡模塊的接口線纜通過電磁耦合夾進(jìn)行耦合，2#讀卡模塊不上電，此時(shí)將1#讀卡模塊放置在2#讀卡模塊旁邊約3cm~5cm距離，將1#讀卡模塊上電，并通過筆記本電腦測試上位機(jī)軟件監(jiān)控1#讀卡模塊的NFC讀卡情況，對2#模塊的接口線纜通過電磁耦合夾注入CS干擾，此時(shí)發(fā)現(xiàn)1#讀卡模塊仍然在12MHz~14MHz及24MHz~28MHz頻段出現(xiàn)讀卡失敗的情況。當(dāng)將1#讀卡模塊調(diào)整至2#讀卡模塊距離7cm以上時(shí)，1#讀卡模塊則不會受到CS的干擾。因此可以確定CS干擾主要通過空間輻射至1#讀卡模塊的讀卡天線上，導(dǎo)致1#讀卡模塊出現(xiàn)NFC讀卡失敗的情況。

EMC整改措施

針對上述近風(fēng)險(xiǎn)分析，對該產(chǎn)品分別進(jìn)行以下的整改，具體整改措施如下表所示：

經(jīng)過上述整改后，至第三方實(shí)驗(yàn)室再次進(jìn)行BCI試驗(yàn)，雖有部分頻段有較為明顯的改善，但依然在27MHz、56MHz、68MHz及190MHz等出現(xiàn)讀卡失敗的情況。后通過的CS試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NFC讀卡模塊安裝和不安裝塑料外殼試驗(yàn)時(shí)，CS試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果差異比較大，試驗(yàn)結(jié)果如下表對比表格。

通過大量重復(fù)上述試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果一致，基本確定該塑料外殼對NFC讀卡模塊有明顯的影響。查看該產(chǎn)品塑膠外殼的材料物性表，該塑料采用型號為BC 30 000000的PA6材料，其電氣特性如下圖所示。

PA(聚酰胺)，俗稱尼龍，是工程塑料中常用的品種之一，通過查閱塑膠材料的相關(guān)網(wǎng)站和文獻(xiàn)，PA6的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的酰胺基，其分子末端為胺基，是一種強(qiáng)極性聚合物，其強(qiáng)極性的特點(diǎn)使得PA6吸水率大而導(dǎo)致其介電常數(shù)較大。通常非極性塑膠材料，如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)等介電常數(shù)約為2~3。而強(qiáng)極性材料的PA6特別在吸濕后，其介電常數(shù)會明顯增大。

而介電常數(shù)通常受三個(gè)因素(電場頻率、溫度和濕度)所影響，具體如下表所述。

如上所述，當(dāng)塑膠外殼的介電常數(shù)εr受CS或BCI干擾頻率所影響而發(fā)生改變時(shí)，從而導(dǎo)致了PCB板材的特性阻抗Z0也同時(shí)發(fā)生變化，繼而導(dǎo)致PCB上的NFC印制讀卡天線的阻抗出現(xiàn)改變，最終導(dǎo)致NFC讀卡出現(xiàn)失敗的情況。其中PCB微帶線的特性阻抗公式如下所示：

EMC整改總結(jié)

1、對于汽車電子零部件進(jìn)行BCI試驗(yàn)，可以在線纜接口處共模電感等濾波措施，可以有效減少高頻BCI的傳導(dǎo)干擾。

2、EMC整改除了硬件措施的整改外，還可以調(diào)整敏感芯片或mcu芯片的寄存器參數(shù)或軟件算法，來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

3、產(chǎn)品的EMC性能很多時(shí)候體現(xiàn)在很不起眼的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上，如本案例的外殼材料的選擇上，電子工程師往往很容易忽略，導(dǎo)致EMC問題難以定位或解決。

原文標(biāo)題：【Z站推薦】EMC整改案例：汽車NFC進(jìn)入模塊BCI整改

文章出處：【微信公眾號：ZLG致遠(yuǎn)電子】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅