資深汽車工程師談EMC的設(shè)計(jì)和整改 - 全文

　　周巖兄弟給我投了一份材料，我在此基礎(chǔ)上做了一些整改，本文是我們兩個(gè)材料的整合。大家做EMC實(shí)驗(yàn)給實(shí)驗(yàn)折騰的很痛苦，實(shí)際的成本。

　　國內(nèi)追索的情況更多的是直接壞的情況，這是一種壞的情況是大家都看得明白的。

　　案子1

　　– 某種中高檔次轎車，具有高性能ABS系統(tǒng)。樣車在一次實(shí)況測(cè)試中遇到了雨天，啟動(dòng)雨刮器，在某一車速運(yùn)行時(shí)，ABS突然失去了作用

　　– 后果，車輛損壞

　　案子2

　　– 國內(nèi)生產(chǎn)的某一型號(hào)微型汽車，其發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器經(jīng)常出現(xiàn)易被擊穿損壞現(xiàn)象

　　– 經(jīng)查，當(dāng)雨刮器工作時(shí)，這種損壞現(xiàn)象就容易發(fā)生。

　　造成這種現(xiàn)象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為感性負(fù)載，在切斷電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電流并通過電源線傳輸?shù)?a target="_blank">供電系統(tǒng)中，從而在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾脈沖，一些電子部件在這種干擾脈沖條件下，不能正常工作，甚至導(dǎo)致?lián)p壞。

　　案子3

　　– 某種國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的安全氣囊，在汽車整車裝配線上突然引爆

　　– 經(jīng)對(duì)該安全氣囊的電子引爆控制器進(jìn)行試驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)其不能承受較強(qiáng)的環(huán)境輻射電磁場(chǎng)，當(dāng)有靜電放電發(fā)生時(shí)，會(huì)有誤動(dòng)作。

　　分析結(jié)果：操作現(xiàn)場(chǎng)的工人的身體靜電引爆氣囊

　　如下這種就是埋坑給整車企業(yè)的工程師了，布線實(shí)際到ECU這里就出現(xiàn)下面這種情況了。

　　所以總的來說，我們是先設(shè)計(jì)：

　　板級(jí)的地線策略，結(jié)合著EMC的規(guī)范

　　系統(tǒng)級(jí)的接地和保護(hù)

　　這里就是把理念級(jí)別的，和框圖級(jí)別的合起來

　　1）原理圖階段

　　區(qū)分模塊外部存在弱小的傳感器信號(hào)、普通的小電流的信號(hào)、大 電流的輸出驅(qū)動(dòng)和大電流的感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)。

　　對(duì)于低邊驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，信號(hào)的返回路徑都是通過模塊的地線返回的；

　　高邊開關(guān)則是通過模塊的電源抽取電流的，根據(jù)這些 特點(diǎn)我們將電路進(jìn)行基本分組。

　　這里實(shí)現(xiàn)的還需要后面執(zhí)行和考慮

　　2）架起原理圖和PCB之間的橋梁

　　如何將原理圖和PCB對(duì)應(yīng)起來，由于細(xì)分工種的問題，原理圖和PCB被割裂開來，由兩組人進(jìn)行分工作業(yè)：

　　例如在原理圖上有如下的電路：

　　隱含一個(gè)問題就是在PCB上其實(shí)V1的負(fù)極和C1的負(fù)極是有一條線（Trace，蹤跡/軌跡）。

　　在設(shè)計(jì)階段A-》B-》C是都會(huì)關(guān)注。

　　如果EMC出現(xiàn)問題，除了要在原理圖上查找電路參數(shù)的問題

　　還需要特別關(guān)注C-》D，即回流路徑

　　回流路徑不順暢，會(huì)造成信號(hào)的畸變。

　　在EMC試驗(yàn)時(shí)，MCU的ADC采集到的信號(hào)被干擾到了，則除了在原理圖上分析外，在PCB上講該信號(hào)高亮出來，

　　耐心尋找該信號(hào)的回流路徑是否有不順暢的地方

　　對(duì)著信號(hào)線頭腦中想象回流路徑，借助工具來具象化

　　如果一不小心到了整改階段，按照老周的辦法來，他是專業(yè)的

　　1）電容濾波

　　Z=1/2πfC，即頻率f越大，電容的阻抗Z越小。

　　當(dāng)?shù)皖l時(shí)，電容C由于阻抗Z比較大，有用信號(hào)可以順利通過；

　　當(dāng)高頻時(shí)，電容C由于阻抗Z已經(jīng)很小了，相當(dāng)于把高頻噪聲短路到GND 上去。

　　電容濾波在何時(shí)會(huì)失效

　　整改中常常會(huì)使用電容這種元器件進(jìn)行濾波，往往有“大電容濾低頻，小電容濾高頻”的說法。

　　以常見的表貼式MLCC陶瓷電容為例，進(jìn)行等效模型如圖所示。容值10nF，封裝0603的X7R陶瓷的模型參數(shù)如上圖，由于等效模型中既有電容C，也有電感L，組成了二階系統(tǒng)，就存在不穩(wěn)定性。對(duì)電路回路來說，就是會(huì)發(fā)生諧振，諧振點(diǎn)在如下頻率處。即常說的在諧振點(diǎn)前是電容，諧振點(diǎn)之后就不再是電容了。

　　2）LC濾波何時(shí)使用

　　如果串聯(lián)電感L，再并聯(lián)組成C，就形成了LC濾波：

　　單獨(dú)一個(gè)電容C是一階系統(tǒng)，單獨(dú)一個(gè)電感L也是一階系統(tǒng)，在幅值衰減斜率是-20dB。但LC組成的二階系統(tǒng)，幅值衰減斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止頻率的效果，即濾波效果更好。

　　按照我們之前的一貫做法，其實(shí)預(yù)先埋一些手段，后面去調(diào)試比較合適。在頻域考慮問題，需要把整個(gè)阻抗考慮問題來選取辦法。

　　小結(jié)：

　　1）有時(shí)候我是信這些守則的，把每個(gè)部分的方法分散在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，來控制整個(gè)開發(fā)的質(zhì)量，但是這樣的手段給人當(dāng)作書生之見也是必然的。靠整改的神來之筆就能行，我不這么認(rèn)為

　　2）既然當(dāng)下沒辦法，那我們從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)出發(fā)，找到一些手段去亡羊補(bǔ)牢也可以啦，但這種敏捷開發(fā)，需要有大前提和架構(gòu)來支撐的，書生之見，大家聽聽，有問題找周巖問