手機(jī)，藍(lán)牙耳機(jī)，衛(wèi)星廣播，AM/FM廣播、無線互聯(lián)網(wǎng)、雷達(dá)和無數(shù)其他潛在電磁干擾源發(fā)射的電磁波混合在現(xiàn)實(shí)世界中。為了確保汽車中的電子元件仍然穩(wěn)定有效，它們需要在受控環(huán)境中進(jìn)行EMI測試。

輻射抗擾室是一個(gè)理想的完全密封的傳導(dǎo)空間EMI測試環(huán)境，因?yàn)樗梢酝耆刂瓶臻g中產(chǎn)生的電磁場的頻率、方向和波長。此外，由于電磁場不能進(jìn)入封閉空間，抗干擾室測試的汽車部件在測試過程中可以接收到準(zhǔn)確、高度可控的電磁波。同時(shí)，電磁波不能離開干擾室。用于測試的測量儀器和在抗干擾室外控制的工程師可以避免干擾室內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁波損壞。

現(xiàn)代汽車包含數(shù)百個(gè)電子電路，以實(shí)現(xiàn)與安全、娛樂和舒適相關(guān)的各種功能。這些汽車電子部件，也被稱為電子控制單元（ECU），必須嚴(yán)格EMI干擾標(biāo)準(zhǔn)。

電磁干擾室配置

在電磁干擾室內(nèi)，典型的設(shè)備級(jí)抗干擾試驗(yàn)設(shè)置包括測量的電子控制單元（ECU），電線束，以及模擬器，包際或等效的電子負(fù)載，以及一系列外圍設(shè)備，以代表汽車電子控制單元（ECU）接口；傳輸和接收天線用于產(chǎn)生高場強(qiáng)電磁波；模式調(diào)諧器被放置在干擾室中，以改變空間的幾何形狀，以創(chuàng)建測試所需的電磁場效應(yīng)。汽車電子控制單元（ECU）在預(yù)設(shè)模式下運(yùn)行并暴露于電磁干擾場。

在接觸干擾源的過程中，通過監(jiān)控汽車電子控制單元，監(jiān)控汽車電子控制單元（ECU）響應(yīng)驗(yàn)證其是否超過允許的容量。對大多數(shù)人來說RF對于干擾測試，需要通過逐漸調(diào)整干擾源的范圍來確定設(shè)備的抗干擾閾值，直到汽車電子控制單元（ECU）確定功能偏離的方法。

測試的汽車電子控制單元（ECU）要嚴(yán)格ISO(標(biāo)準(zhǔn)化國際組織)規(guī)則、汽車制造商和汽車電子控制單位（ECU）零部件供應(yīng)商之間的需求。由于每個(gè)電子部件對電磁場的抗干擾能力有輕微差異，因此檢測與可接受標(biāo)準(zhǔn)之間的性能偏差，以及決定這些值何時(shí)超過測試計(jì)劃規(guī)則EMI測試工程師的任務(wù)和職責(zé)。

在EMI在測試過程中確定了汽車電子控制單元（ECU）是否仍然正常工作的方法是讓它通過ECU輸出端口如CAN總線輸出其工作狀態(tài)。ECU輸出還包括模擬傳感器輸出和脈沖寬度調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。

場的強(qiáng)度及考慮

ISO/IEC61000-4-21中描述的輻射（RF）抗干擾試驗(yàn)中使用的場強(qiáng)度和頻率類型是一個(gè)典型的例子。它使用包含機(jī)械模式調(diào)諧器的混響室。當(dāng)在給定的測試頻率下獲得足夠的調(diào)諧器位置時(shí)，混響室的可用空間產(chǎn)生測試頻率范圍為0.4~3GHz，場強(qiáng)高達(dá)200V/m（CM和AM）以及600V/m(雷達(dá)脈沖)均勻場。

另一個(gè)示例，ISO11452-4RF在抗干擾試驗(yàn)中，一個(gè)嵌入式電流注入探頭用于誘導(dǎo)RF電流進(jìn)入DUT頻率范圍為1-400MHz，電平的范圍是幾十到幾百mA，這樣就可以在測試平臺(tái)附近創(chuàng)造足夠強(qiáng)大的場地，影響非屏蔽設(shè)備的運(yùn)行。這種測試環(huán)境避免了從測試儀器到測試設(shè)置的直接連接。

一個(gè)挑戰(zhàn)是汽車電子控制單元（ECU）輸出數(shù)據(jù)來自與測試區(qū)域隔離的封閉空間。測試儀器和測試人員位于封閉空間外，因此必須有一種方法將封閉空間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒忾]空間外進(jìn)行分析。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電纜，如BNC或SMA電纜本身是導(dǎo)電的，容易受到干擾室內(nèi)電磁波的影響。因此，需要使用光發(fā)送和接收單元以及光纖干擾室內(nèi)部ECU發(fā)送的信號(hào)傳輸?shù)轿挥诟蓴_室外的測試設(shè)備。光纖是非導(dǎo)體的，因此不會(huì)受到干擾室內(nèi)電磁場的影響。為了將電纜從干擾室內(nèi)部連接到測試設(shè)備，使用波導(dǎo)管在干擾室邊界輸出光信號(hào)，從而允許干擾室進(jìn)入ECU在信號(hào)輸出期間，它仍然完全關(guān)閉。光纖波導(dǎo)頻率高于干擾室測試的頻率范圍，因此不會(huì)干擾干擾室內(nèi)創(chuàng)建的環(huán)境。

電磁干擾試驗(yàn)設(shè)備設(shè)置

下圖1是在封閉干擾室（當(dāng)發(fā)送天線關(guān)閉時(shí)）空間中拍攝的一張實(shí)際設(shè)置的圖片。模式調(diào)諧器位于干擾室的右側(cè)，在干擾室的左側(cè)有一個(gè)CAN總線光纖發(fā)射器放置在泡沫平臺(tái)上，相對介電常數(shù)為1.4.位于混響室的可用空間。光纖發(fā)射器將使用ECU輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為光，進(jìn)入光纖，不受射頻干擾，通過波導(dǎo)離開混響室。用于測試的ECU，而且發(fā)送和接收天線也位于混響室內(nèi)，沒有顯示在此圖中。

圖1配有模式調(diào)諧器(右)和光纖發(fā)射器(左)的混響室。天線和天線ECU圖中沒有顯示，但也存在。

典型的測試方法是通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到達(dá)混響室外的信號(hào)，用戶需要定制軟件來確定ECU輸出的CAN總線信號(hào)，傳感器信號(hào)，或PWM輸出是否滿足特定要求。描述測試計(jì)劃中所有測試需求的軟件開發(fā)時(shí)間和成本將非常長且昂貴，因?yàn)橛性S多信號(hào)需要測試，并且有許多測試標(biāo)準(zhǔn)。使用示波器EMI測試領(lǐng)域是一種相對不被廣泛探索的方法，可以將一個(gè)陣列示波器放置在干擾室外，并使用多個(gè)示波器進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。由于示波器標(biāo)準(zhǔn)配備了模板測試和參數(shù)門限制測試能力，因此它可以在不花費(fèi)大量軟件開發(fā)時(shí)間的情況下直接執(zhí)行許多測試需求。

圖2中，銅色的通向EMC干擾室外的門位于測試平臺(tái)的右側(cè)。在左側(cè)，橙色光纖中的光信號(hào)通過功能測試結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)BNC在示波器通道上輸入電纜。

圖2在EMC示波器陣列用于抗干擾數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析

示波器中的波形模板用于分析相對于預(yù)定義的一致性要求的波形形狀。根據(jù)測量信號(hào)的功能標(biāo)準(zhǔn)，模板的尺寸可以通過計(jì)算機(jī)在測試過程中自動(dòng)調(diào)整。

在下圖3、4、5中，一個(gè)示波器用于監(jiān)控模擬ECU輸出。鑒于使用模擬數(shù)據(jù)的保密原因，它可以非常接近典型的觀察ECU輸出。通道1和通道2顯示模擬PWM用于控制輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器信號(hào)的信號(hào)。在通道3上捕獲模擬執(zhí)行器信號(hào)，CAN在通道4上捕獲分離信號(hào)。

電磁兼容一致性試驗(yàn)

下圖3顯示了關(guān)閉模板后由示波器收集的數(shù)據(jù)信號(hào)，可以清晰地顯示和觀察每個(gè)信號(hào)的波形形狀。示波器基于通道2的邊緣觸發(fā)，同時(shí)捕獲所有四個(gè)波形。

圖3 仿真的ECU輸出信號(hào)包括通道1和2的PWM信號(hào)，通道3的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)，以及通道4的CAN分離信號(hào)

在下圖4中，模板測試被打開。模板的形狀可用于驗(yàn)證測試計(jì)劃中描述的高信號(hào)水平、低信號(hào)水平、頻率、占空比和其他規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。模板的厚度顯示了標(biāo)稱值附近的指定容量帶。模板驗(yàn)證了收集到的每個(gè)波形是否偏離了標(biāo)稱值或標(biāo)稱值的百分比。在這個(gè)例子中，每個(gè)波形都符合所有的測試標(biāo)準(zhǔn)。特別重要的是，示波器可以使用預(yù)定義的模板標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)觸發(fā)邊緣，并連續(xù)監(jiān)控是否有錯(cuò)誤。示波器觸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在通道2的邊緣，可以設(shè)置為識(shí)別和歸檔錯(cuò)誤。

圖4 仿真的ECU輸出信號(hào)，通道1和2顯示的PWM信號(hào)，通道3顯示的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)，通道4顯示的CAN分離信號(hào)均在定義的容限模板內(nèi)，通過模板測試標(biāo)準(zhǔn)

圖5中，ECU室內(nèi)干擾EMI其影響導(dǎo)致振幅調(diào)制、振幅降低、占空比和頻率的變化PWM由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的模板測試失敗。與其他三個(gè)信號(hào)不同，CAN未接收分離信號(hào)EMI影響并繼續(xù)通過測試。這種模板測試方法允許同時(shí)進(jìn)行各種標(biāo)準(zhǔn)的快速測試。

圖5 當(dāng)施加EMI后，仿真的ECU輸出PWM信號(hào)和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)均不能通過模板測試，示波器會(huì)提示操作人員有錯(cuò)誤出現(xiàn)

除波形模板測試外，Pass/Fail限定測試也適用于參數(shù)，以確保測量值結(jié)果是否符合特定的規(guī)定值。如圖5所示，示波器在測試標(biāo)準(zhǔn)下使用紅色“Fail”信息顯示了三個(gè)失敗。當(dāng)模板測試或參數(shù)限制測試失敗時(shí)，示波器也可以自動(dòng)執(zhí)行一些動(dòng)作，如保存波形數(shù)據(jù)進(jìn)行直接比較和歸檔，保存屏幕圖像進(jìn)行歸檔和評估，產(chǎn)生脈沖信號(hào)進(jìn)行輔助自動(dòng)測試，并向測試操作員發(fā)出警告。

結(jié)論

雖然在抗干擾試驗(yàn)中，示波器可以快速執(zhí)行以確定EMC偏離參數(shù)測量，但由于過去缺乏關(guān)注和足夠的示波器通道數(shù)量，示波器在抗干擾測試中經(jīng)常被忽略。通常，參數(shù)結(jié)果的分析需要開發(fā)用戶自定義設(shè)計(jì)的軟件，而且可能需要用戶自己設(shè)計(jì)硬件——這兩者都是耗時(shí)和昂貴的。然而，許多都有pass/fail模板與參數(shù)限值測試能力的示波器可直接用于分析各部件的傳感器輸出。

在抗干擾測試中，示波器陣列是驗(yàn)證傳感器輸出是否符合要求的最具成本效益的方法，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能可以在示波器中使用pass/fail完成模板和參數(shù)限值測試功能，與開發(fā)自己的數(shù)據(jù)采集軟件的成本相比同樣嚴(yán)格EMI偏離測試，EMC工程師可以節(jié)省大量的時(shí)間和精力。