汽車電子電路中的電磁兼容性設計還面臨哪些挑戰(zhàn)

隨著工程師開發(fā)日益復雜的方案來滿足舒適、安全、娛樂、動力總成、引擎管理、穩(wěn)定性和控制應用的需求，現(xiàn)代車載電子產(chǎn)品的數(shù)量將持續(xù)穩(wěn)定地增長。此外，隨著非常復雜精密的電子產(chǎn)品在汽車應用中的日益普及，即使最基本型的車輛也配置了幾年前一直是高檔車才有的電子設備。

過去，汽車電子的增長動力是舒適和便利等與安全無關(guān)的應用。通常，如采用電動升降窗或中控鎖，這些產(chǎn)品只不過是取代了現(xiàn)有的機械系統(tǒng)。最近，汽車電子的范疇已經(jīng)擴展到支持與安全相關(guān)的應用，如引擎優(yōu)化、主被動安全系統(tǒng)以及包括GPS在內(nèi)的高級信息娛樂系統(tǒng)。

現(xiàn)在，我們正在迎接汽車電子發(fā)展的第三次革命。汽車電子不再僅僅支持關(guān)鍵的功能，而且深入到汽車的控制之中，提供重要的駕駛員信息、控制引擎、避撞監(jiān)測和避碰、執(zhí)行線控剎車和轉(zhuǎn)向或?qū)噧?nèi)環(huán)境實施智能控制。

對于通用嵌入式硬件電子平臺來說，速度和成本是眾所周知的問題。這些平臺具有基本或公用的硬件功能，通過面向應用的軟件設計，可以為同一車型系列或不同車廠的各種車型專門定制功能。系統(tǒng)級芯片(SoC)半導體器件將各種功能集成到單一芯片之中，減少了對元件數(shù)量和占位空間的要求，在確保長期可靠性的同時，對于成功地開發(fā)通用嵌入式電子平臺是至關(guān)重要的。

電磁兼容性

隨著汽車電子產(chǎn)品數(shù)量的增加和復雜電子模塊在整個車輛中分布的增加，工程師面臨日益嚴峻的電磁兼容性設計挑戰(zhàn)，問題主要存在于三個方面：

1.如何把電磁易感性(EMS)降低到最?。恳员Ｗo電子產(chǎn)品免受其它電子系統(tǒng)(如移動電話、GPS或信息娛樂系統(tǒng))的有害電磁輻射的影響。

2.如何保護電子產(chǎn)品免受惡劣汽車環(huán)境的影響？包括電源電壓大的瞬間變化、重負載或感性負載(如車燈和啟動機)引起的干擾。

3.如何將可能對其它汽車電子電路產(chǎn)生影響的EME控制為最小？

隨著系統(tǒng)電壓、車載電子設備數(shù)量以及頻率的增加，這些問題將更加具有挑戰(zhàn)性。此外，許多電子模塊將與廉價的、線性度較低、偏移較大的低功率傳感器接口，這些傳感器工作在小信號狀態(tài)，電磁干擾對它們工作狀態(tài)的影響可能是災難性的。

符合性和標準

上述問題表明，汽車EMC符合性測試已經(jīng)成為汽車設計的主要元素。符合性測試的標準化一直在車廠、車廠配套供應商及不同的立法團體中進行。然而，EMC問題發(fā)現(xiàn)得越晚，找到EMC問題的根源就越困難，解決方案的成本會越高，受到的局限性就可能越大。正因為如此，從IC設計、PCB量產(chǎn)、模塊的實現(xiàn)到整車的設計的全過程著手考慮EMC問題將是基本的設計方法。為了便于實施這一過程，模塊級預符合性測試和IC級測試已經(jīng)實現(xiàn)了標準化。

設計符合EMC的IC和模塊

下面是IC設計應該遵循的EMC標準：

EME標準 IEC 61967： 針對150kHz到1GHz范圍的輻射型和傳導型電磁發(fā)射的測量。

EMS標準 IEC 62132： 針對150kHz到1GHz范圍的電磁免疫性(抗電磁干擾性)的測量。

瞬態(tài)標準 ISO 7637： 針對公路車輛引起的傳導和耦合電氣干擾的測量。

系統(tǒng)設計工程師如何才能確保其SoC及最終模塊滿足上述標準的要求呢？傳統(tǒng)的SPICE模型(以集成電路設計為重點的模擬電路仿真器)在此不管用，因為電磁場與基于SPICE的仿真環(huán)境不兼容。在IC設計層面，電磁場只能用電場來建模，因為，芯片和封裝的尺寸比電磁信號的波長要小得多(1GHz信號的波長是30cm，遠遠大于IC的尺寸)。在此要注意的關(guān)鍵是輻射型發(fā)射和易感性不是IC的主要問題，印刷電路板和電纜上的有效天線才是引起傳導型發(fā)射和易感性等主要問題的原因。