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壹文看懂車載電子設備電磁兼容設計
更新時(shi)間：2019-04-23 來源：njkaiwei.cn
隨著(zhu)科(ke)學技(ji)術的(de)(de)不(bu)斷發展，電(dian)(dian)子(zi)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)數量(liang)及(ji)應用逐漸增多，結果(guo)必將(jiang)造成電(dian)(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。在日趨(qu)惡劣的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)環境中，如若不(bu)采(cai)取恰當(dang)的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)屏蔽措施，會導致設(she)(she)備(bei)(bei)之間的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)日益(yi)嚴(yan)重(zhong)，電(dian)(dian)子(zi)設(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)性能下降，甚者會危及(ji)到信息(xi)的(de)(de)安(an)全。為(wei)了(le)保證(zheng)電(dian)(dian)子(zi)設(she)(she)備(bei)(bei)在復雜的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)環境中既不(bu)幹(gan)擾(rao)其(qi)他設(she)(she)備(bei)(bei)，而又不(bu)受其(qi)他設(she)(she)備(bei)(bei)幹(gan)擾(rao)的(de)(de)影(ying)響而能正常工作，這就要(yao)求在設(she)(she)備(bei)(bei)研制(zhi)的(de)(de)初期(qi)階段必須從結構、技(ji)術等方(fang)面進行嚴(yan)格(ge)的(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)兼容設(she)(she)計(ji)。
電(dian)磁(ci)兼容設計的基本要求
電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)性(xing)是(shi)電(dian)(dian)子設(she)備(bei)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)性(xing)能之壹，在進行設(she)備(bei)功能設(she)計的(de)(de)(de)同時，還應進行電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)設(she)計。電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)設(she)計的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)使所設(she)計的(de)(de)(de)設(she)備(bei)在復(fu)雜電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)環境中實現(xian)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)，因此在進行電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)設(she)計時應滿足以下要(yao)求： 首先明(ming)確設(she)備(bei)所滿足的(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)指標(biao)，然(ran)後確定設(she)備(bei)的(de)(de)(de)敏感器件、幹擾源及幹擾途徑(jing)，有針對性(xing)地采取措(cuo)施，最(zui)後通過試(shi)驗了解設(she)備(bei)是(shi)否達到了電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)兼容(rong)(rong)指標(biao)要(yao)求。
電(dian)磁兼容設計所采取(qu)的方法
對於通(tong)信(xin)車而(er)言(yan)，通(tong)常(chang)其所裝載的(de)設(she)(she)備量很多，包(bao)括配電(dian)設(she)(she)備、通(tong)信(xin)設(she)(she)備及終端設(she)(she)備等(deng)，各(ge)設(she)(she)備間(jian)很容(rong)易形(xing)成電(dian)磁幹擾(rao)(rao)，進而(er)影響通(tong)信(xin)質量，因此(ci)設(she)(she)備在進行電(dian)磁兼容(rong)設(she)(she)計時要從(cong)三要素（ 幹擾(rao)(rao)源(yuan)、耦合(he)途徑和敏感設(she)(she)備） 出發，采取各(ge)種有效手段，抑制(zhi)幹擾(rao)(rao)源(yuan)，消除(chu)或減弱幹擾(rao)(rao)耦合(he)，增加(jia)敏感設(she)(she)備的(de)抗幹擾(rao)(rao)能(neng)力。
以(yi)某車載電(dian)(dian)子設(she)備為例，由數字電(dian)(dian)流表(biao)、數字電(dian)(dian)壓表(biao)、轉換(huan)開(kai)關(guan)、斷路器、控(kong)制(zhi)保護(hu)單(dan)元、互感器、接(jie)(jie)觸器等單(dan)元及(ji)元器件組成，其中數字電(dian)(dian)流表(biao)、數字電(dian)(dian)壓表(biao)、轉換(huan)開(kai)關(guan)、斷路器布置於前面(mian)板上，控(kong)制(zhi)保護(hu)單(dan)元、互感器、接(jie)(jie)觸器等單(dan)元及(ji)元器件放在機(ji)箱內部。此設(she)備要滿足 GJB151A- 97 有(you)關(guan)的電(dian)(dian)磁兼容指(zhi)標要求，在結(jie)構設(she)計等方面(mian)采(cai)取的主要措施有(you)： 儀表(biao)窗口的屏(ping)蔽(bi)(bi)(bi); 機(ji)箱縫隙的屏(ping)蔽(bi)(bi)(bi); 各單(dan)元合理布局及(ji)其屏(ping)蔽(bi)(bi)(bi); 電(dian)(dian)纜敷設(she)以(yi)及(ji)電(dian)(dian)源線濾波等。
（壹）儀表窗口的屏蔽
儀表(biao)(biao)窗(chuang)口對設備來說是(shi)(shi)比較大的泄漏口，必(bi)須采取有效(xiao)的措施將(jiang)其屏蔽(bi)(bi)，為(wei)此采用加裝絲(si)(si)網(wang)(wang)屏蔽(bi)(bi)玻(bo)璃(li)的方法對數字電(dian)流表(biao)(biao)、數字電(dian)壓表(biao)(biao)進行外(wai)部(bu)屏蔽(bi)(bi)。絲(si)(si)網(wang)(wang)屏蔽(bi)(bi)玻(bo)璃(li)是(shi)(shi)由壹(yi)種低阻抗的金屬絲(si)(si)網(wang)(wang)通過特殊(shu)工藝夾在兩層玻(bo)璃(li)之間制成，絲(si)(si)網(wang)(wang)篩孔的密度決定其主要(yao)的屏蔽(bi)(bi)效(xiao)能。由於玻(bo)璃(li)周邊預留了10-20 mm金屬絲(si)(si)網(wang)(wang)毛邊，通過螺裝金屬外(wai)框將(jiang)它緊緊壓在機箱上，從而獲得連(lian)續(xu)的導電(dian)表(biao)(biao)面，以(yi)達(da)到減少電(dian)磁泄露的目的。
（二）機箱縫隙的屏蔽
影響(xiang)屏蔽完整性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)主要因(yin)素是(shi)屏蔽體上的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)縫(feng)(feng)(feng)。此車載電(dian)子設備的(de)(de)(de)框架是(shi)采(cai)用(yong)鋁(lv)板(ban)(ban)折彎後對焊(han)而(er)成，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)平滑連續，屬於永(yong)久性(xing)(xing)(xing)接(jie)(jie)(jie)縫(feng)(feng)(feng)，這種接(jie)(jie)(jie)縫(feng)(feng)(feng)處(chu)的(de)(de)(de)射頻電(dian)阻幾乎與金屬板(ban)(ban)本身的(de)(de)(de)射頻電(dian)阻相同(tong)，從而(er)保證了(le)(le)屏蔽體接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)處(chu)的(de)(de)(de)電(dian)氣連續性(xing)(xing)(xing)。對於可拆(chai)式(shi)接(jie)(jie)(jie)縫(feng)(feng)(feng)，如機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)、蓋(gai)板(ban)(ban)接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)處(chu)，往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)螺釘緊固方式(shi)，由(you)於螺釘的(de)(de)(de)間距(ju)不宜太小，接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)表面的(de)(de)(de)不平整以及蓋(gai)板(ban)(ban)材料的(de)(de)(de)翹曲變(bian)形等原因(yin)，使接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)面處(chu)不可避免地產生了(le)(le)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)，降低了(le)(le)機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)屏蔽效(xiao)(xiao)能，為此采(cai)取了(le)(le)2種方法來解決此問(wen)題(ti)： 增加縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)深(shen)度，為了(le)(le)增加縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)深(shen)度，機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)彎邊(bian)寬度取15 mm，重疊(die)尺寸越(yue)大，屏蔽效(xiao)(xiao)能越(yue)好; 減小縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)長(chang)度，由(you)於鈑(ban)金機(ji)(ji)箱(xiang)(xiang)很難(nan)做到接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)面處(chu)的(de)(de)(de)高(gao)精度，為了(le)(le)彌補此缺陷，采(cai)用(yong)了(le)(le)經濟、實用(yong)的(de)(de)(de)方法，在接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)面處(chu)粘貼帶(dai)背膠的(de)(de)(de)鈹青銅簧片，由(you)於簧片具(ju)有壹定的(de)(de)(de)彈性(xing)(xing)(xing)，裝配後簧片變(bian)形，接(jie)(jie)(jie)觸面產生壹定的(de)(de)(de)壓力，使接(jie)(jie)(jie)合(he)(he)面具(ju)有了(le)(le)壹定的(de)(de)(de)電(dian)氣連續性(xing)(xing)(xing)。
（三）機箱內部各單元布局及其屏蔽
合理布置(zhi)設備內各單元及(ji)元器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)，可以(yi)做到既經濟又實(shi)用地減(jian)小幹擾(rao)(rao)(rao)程度。首(shou)先必須明(ming)確幹擾(rao)(rao)(rao)源和(he)受感器(qi)(qi)，在(zai)(zai)本設備中幹擾(rao)(rao)(rao)源是控(kong)制(zhi)保護器(qi)(qi)，敏(min)感設備是數字電(dian)流(liu)表(biao)和(he)電(dian)壓(ya)表(biao)，為了避免二者緊(jin)鄰，把它(ta)(ta)們分別放置(zhi)於(wu)機(ji)箱的(de)(de)(de)(de)後(hou)部(bu)和(he)前部(bu)，用空間(jian)距離減(jian)弱彼此的(de)(de)(de)(de)電(dian)磁幹擾(rao)(rao)(rao)。為了達到更有效的(de)(de)(de)(de)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)效果，又在(zai)(zai)電(dian)流(liu)、電(dian)壓(ya)表(biao)的(de)(de)(de)(de)表(biao)體外(wai)(wai)圍罩(zhao)有屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)盒，表(biao)頭緊(jin)貼前面(mian)板的(de)(de)(de)(de)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)玻璃(li)(li)，玻璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)絲網毛邊通過螺裝(zhuang)金屬外(wai)(wai)框(kuang)將(jiang)它(ta)(ta)和(he)機(ji)箱、屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)盒聯成壹體，從(cong)(cong)而使表(biao)體完(wan)全處於(wu)電(dian)氣連續的(de)(de)(de)(de)金屬罩(zhao)中，而電(dian)流(liu)、電(dian)壓(ya)表(biao)引(yin)線則由裝(zhuang)在(zai)(zai)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)盒上(shang)的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)心電(dian)容(rong)引(yin)入，這樣使引(yin)線所感應的(de)(de)(de)(de)幹擾(rao)(rao)(rao)信號被旁(pang)路接地。同樣控(kong)制(zhi)保護器(qi)(qi)也用屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)盒對其(qi)進行了屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)，進壹步(bu)減(jian)小了它(ta)(ta)對外(wai)(wai)的(de)(de)(de)(de)輻(fu)射能量，從(cong)(cong)而獲得(de)較好的(de)(de)(de)(de)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)(bi)效果。
（四）電纜選用(yong)及敷(fu)設
因為(wei)電(dian)(dian)(dian)纜是(shi)高效的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁波接(jie)收(shou)和輻射天線(xian)(xian)(xian)，也是(shi)幹擾傳導的(de)(de)良好通道，絕(jue)大多數設備的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)磁兼容問題(ti)是(shi)電(dian)(dian)(dian)纜造成(cheng)(cheng)的(de)(de)，解(jie)決電(dian)(dian)(dian)纜問題(ti)的(de)(de)主要方法之壹(yi)(yi)是(shi)對電(dian)(dian)(dian)纜進(jin)行(xing)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)，所以此(ci)設備選(xuan)取了屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)層(ceng)質量(liang)好（ 低阻(zu)抗） 的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)纜，並且(qie)保證電(dian)(dian)(dian)纜屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)層(ceng)與(yu)(yu)機箱(xiang)360.。低阻(zu)抗搭接(jie)，使屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)層(ceng)與(yu)(yu)機箱(xiang)構成(cheng)(cheng)壹(yi)(yi)個(ge)完整的(de)(de)屏(ping)(ping)蔽(bi)(bi)(bi)體(ti)，這樣在(zai)壹(yi)(yi)定程度上能夠解(jie)決電(dian)(dian)(dian)纜輻射的(de)(de)問題(ti)。與(yu)(yu)此(ci)同(tong)時，在(zai)電(dian)(dian)(dian)裝布線(xian)(xian)(xian)時，要求電(dian)(dian)(dian)源配(pei)電(dian)(dian)(dian)線(xian)(xian)(xian)路(lu)與(yu)(yu)其(qi)它各(ge)類線(xian)(xian)(xian)路(lu)保持150mm 距離，敏感(gan)電(dian)(dian)(dian)路(lu)和幹擾電(dian)(dian)(dian)路(lu)各(ge)自單獨敷設，不能交叉重(zhong)疊，且(qie)加大線(xian)(xian)(xian)束的(de)(de)間距，避免線(xian)(xian)(xian)纜間的(de)(de)耦合。
（五）電源線濾波
為了抑制電(dian)(dian)(dian)源(yuan)輸入(ru)端(duan)(duan)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾信號對本系(xi)統(tong)的影響，加裝(zhuang)了EMC 電(dian)(dian)(dian)源(yuan)線(xian)濾(lv)波(bo)器(qi)。濾(lv)波(bo)器(qi)不同於其(qi)他(ta)電(dian)(dian)(dian)子元(yuan)器(qi)件(jian)，它的性能與(yu)其(qi)安裝(zhuang)方式有很大關系(xi)，所以在濾(lv)波(bo)器(qi)的安裝(zhuang)方式上采取了壹系(xi)列措(cuo)施。如圖2 所示，首先(xian)(xian)濾(lv)波(bo)器(qi)輸入(ru)與(yu)輸出線(xian)要遠(yuan)離，以避免由於兩(liang)端(duan)(duan)耦合而導致高(gao)頻(pin)濾(lv)波(bo)效果變差等(deng)現象產生; 其(qi)次濾(lv)波(bo)器(qi)外(wai)殼與(yu)機(ji)箱(xiang)低阻抗接觸，同時(shi)要減(jian)短電(dian)(dian)(dian)源(yuan)端(duan)(duan)口(kou)到濾(lv)波(bo)器(qi)的連線(xian)，當電(dian)(dian)(dian)流(liu)進(jin)入(ru)機(ji)箱(xiang)後(hou)，先(xian)(xian)流(liu)經濾(lv)波(bo)器(qi)進(jin)行濾(lv)波(bo)，然後(hou)再到其(qi)他(ta)各單(dan)元(yuan); 最後(hou)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)端(duan)(duan)口(kou)與(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)之間連線(xian)也要進(jin)行屏蔽，這樣外(wai)界的電(dian)(dian)(dian)磁幹(gan)擾不能沿(yan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)線(xian)進(jin)入(ru)設備(bei)，機(ji)箱(xiang)內的電(dian)(dian)(dian)磁幹(gan)擾也無法傳出機(ji)箱(xiang)，造成幹(gan)擾發(fa)射超標(biao)。
（六(liu)）接地
接(jie)(jie)地(di)是(shi)電(dian)子設(she)備(bei)(bei)的(de)壹個很(hen)重要(yao)的(de)問題(ti)，它可(ke)以(yi)使(shi)整(zheng)個電(dian)路系統(tong)中(zhong)所有(you)單元電(dian)路的(de)地(di)之間沒有(you)電(dian)位差，保證設(she)備(bei)(bei)能穩(wen)定(ding)地(di)工作。此(ci)車(che)載設(she)備(bei)(bei)的(de)後(hou)面板上(shang)安(an)裝有(you)接(jie)(jie)地(di)柱，即機(ji)殼地(di)。機(ji)殼地(di)可(ke)以(yi)使(shi)由(you)於(wu)靜(jing)電(dian)感(gan)應而(er)積累在機(ji)殼上(shang)的(de)大量(liang)電(dian)荷通過(guo)大地(di)泄放(fang)，避(bi)免(mian)由(you)於(wu)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)時產生(sheng)的(de)大電(dian)流流進(jin)設(she)備(bei)(bei)的(de)電(dian)路對其造成幹擾(rao)和危害，合理的(de)接(jie)(jie)地(di)點(dian)對於(wu)整(zheng)個機(ji)箱的(de)屏蔽效(xiao)能十分重要(yao)。
測(ce)試結果及完善措施
此(ci)車載設備在采(cai)(cai)(cai)取(qu)(qu)了(le)以(yi)(yi)(yi)上(shang)(shang)(shang)電磁(ci)兼容措(cuo)施(shi)(shi)(shi)後，按GJB151A- 97 有關的(de)(de)電磁(ci)兼容指標(biao)要求進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)測試(shi)，發(fa)現除了(le)RE102 試(shi)驗(yan)項(xiang)目超標(biao)外，其(qi)余各(ge)項(xiang)指標(biao)均(jun)合格(ge)。對(dui)RE102 試(shi)驗(yan)項(xiang)目進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)觀察(cha)，發(fa)現測試(shi)結(jie)果圖的(de)(de)超標(biao)點(dian)(dian)為24 MHz、36 MHz 兩點(dian)(dian)，而(er)這(zhe)兩點(dian)(dian)分(fen)(fen)別是12 MHz 頻率點(dian)(dian)的(de)(de)二三次諧波。為了(le)找到這(zhe)壹頻率點(dian)(dian)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)器件(jian)，對(dui)機(ji)箱內各(ge)單元(yuan)(yuan)(yuan)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)了(le)分(fen)(fen)析，發(fa)現控制保(bao)護(hu)(hu)單元(yuan)(yuan)(yuan)中(zhong)有壹個(ge)12MHz 晶(jing)振，由(you)於晶(jing)振屬(shu)於高噪(zao)聲元(yuan)(yuan)(yuan)器件(jian)，能夠產生(sheng)較強的(de)(de)輻射(she)(she)，從而(er)使其(qi)周邊(bian)充滿著近(jin)場輻射(she)(she)場。如果輻射(she)(she)場內有器件(jian)或走線，晶(jing)振及其(qi)諧波信號將耦合到器件(jian)或走線上(shang)(shang)(shang)而(er)輻射(she)(she)出去;再者又發(fa)現控制保(bao)護(hu)(hu)單元(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)PCB 板(ban)未(wei)采(cai)(cai)(cai)取(qu)(qu)就近(jin)接(jie)地措(cuo)施(shi)(shi)(shi)，只是通過壹根長引(yin)線和機(ji)殼地相連，造成信號的(de)(de)環路面(mian)積增大，產生(sheng)了(le)很強的(de)(de)輻射(she)(she)，所以(yi)(yi)(yi)對(dui)控制保(bao)護(hu)(hu)單元(yuan)(yuan)(yuan)采(cai)(cai)(cai)取(qu)(qu)措(cuo)施(shi)(shi)(shi)應該是行(xing)(xing)之有效的(de)(de)。首先對(dui)晶(jing)振進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)屏(ping)(ping)蔽且(qie)屏(ping)(ping)蔽體就近(jin)接(jie)地，弱化輻射(she)(she)發(fa)射(she)(she)強度; 然(ran)後控制保(bao)護(hu)(hu)單元(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)PCB 板(ban)同樣(yang)采(cai)(cai)(cai)取(qu)(qu)就近(jin)接(jie)地措(cuo)施(shi)(shi)(shi)，並且(qie)在屏(ping)(ping)蔽盒出口處的(de)(de)信號線上(shang)(shang)(shang)安裝壹個(ge)鐵氧體磁(ci)環，可以(yi)(yi)(yi)將不需要的(de)(de)高頻幹擾抑制掉。通過采(cai)(cai)(cai)取(qu)(qu)以(yi)(yi)(yi)上(shang)(shang)(shang)措(cuo)施(shi)(shi)(shi)後，RE102 試(shi)驗(yan)指標(biao)合格(ge)。
由上(shang)所述可以(yi)看(kan)出，電磁兼容是(shi)(shi)壹門實(shi)踐性很強的綜合性學(xue)科，無論是(shi)(shi)結(jie)構設(she)計(ji)(ji)，還是(shi)(shi)印(yin)制板(ban)設(she)計(ji)(ji)，都需要(yao)采取(qu)行之有(you)效(xiao)的方(fang)法。該車載設(she)備在采取(qu)了(le)以(yi)上(shang)各種有(you)效(xiao)措施後，終於(wu)達到了(le)更(geng)為理想的電磁兼容效(xiao)果。
