電磁兼容性（EMC）

電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡稱 EMC）是汽車電子模塊設(shè)計核心指標。其定義為：電子模塊在所處電磁環(huán)境內(nèi)可穩(wěn)定正常工作，同時自身產(chǎn)生的電磁干擾不會對環(huán)境內(nèi)其他設(shè)備造成超標影響。

簡單來說，EMC 屬于綜合性技術(shù)指標，包含兩大維度：一是設(shè)備對外電磁發(fā)射的抑制能力，二是設(shè)備抵抗外部電磁騷擾的抗擾能力。

車輛屬于復(fù)雜移動式電磁環(huán)境，集成發(fā)動機點火系統(tǒng)、驅(qū)動電機、無線通訊、雷達傳感器等多類電磁干擾源。整車各電子模塊之間實現(xiàn)良好電磁兼容，是整車穩(wěn)定、可靠運行的基礎(chǔ)保障。

如圖1所示，汽車線束內(nèi)各導(dǎo)線間存在分布電容C??；若導(dǎo)線1帶有干擾電壓U?，干擾信號會經(jīng)由該電容耦合，在導(dǎo)線2上感應(yīng)生成干擾電壓U?。該耦合機理是傳導(dǎo)干擾重要物理成因，掌握電容耦合模型，便于設(shè)計人員在線束布線階段采用屏蔽、隔離等針對性抑制方案。

電磁干擾（EMI）

電磁干擾（Electromagnetic Interference，簡稱EMI），指各類會造成電子模塊性能劣化的電磁能量耦合現(xiàn)象。車載電子領(lǐng)域中，EMI主要分為傳導(dǎo)干擾、輻射干擾兩類：

1. 傳導(dǎo)干擾

干擾借助電源線、信號線、地線等導(dǎo)電介質(zhì)，在不同電路網(wǎng)絡(luò)間耦合傳遞。典型案例：發(fā)動機點火產(chǎn)生高頻噪聲，經(jīng)供電線路傳導(dǎo)至車載音響，造成收音機雜音。

2. 輻射干擾

干擾源以電磁波形式通過空間耦合至其他電路網(wǎng)絡(luò)。典型案例：車載雷達、無線通信模塊輸出高頻信號，通過空間輻射干擾周邊傳感器模組。

如圖2所示，車輛運行時除了車內(nèi)各類電子模塊互相產(chǎn)生干擾外，還會承受高壓輸電線、通信基站等外部強電磁環(huán)境帶來的輻射耦合影響。整車接地系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)劣，直接關(guān)系外部電磁干擾能否可靠泄放到大地。

電磁敏感度（EMS）

電磁敏感度（Electromagnetic Susceptibility，簡稱 EMS），也叫電磁抗擾度，表征設(shè)備、系統(tǒng)受電磁干擾后性能劣化的程度。

EMS 數(shù)值越高，代表器件對電磁干擾越敏感，抗干擾性能越差。車載電子設(shè)計中，一般通過屏蔽、濾波、接地、優(yōu)化 PCB 布局等方式降低敏感度、提升抗擾能力。

當下車輛電子化程度持續(xù)提升，ADAS 輔助駕駛、自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等功能，對整機電磁抗擾性能的要求也愈發(fā)嚴格。

補充區(qū)分要點：

EMI＝對外發(fā)射干擾（擾別人）；

EMS＝被外部干擾影響（被別人擾），二者共同構(gòu)成完整 EMC 設(shè)計。

汽車電子零部件電磁兼容規(guī)范體系

車載電子零部件電磁兼容規(guī)范，是保障整車電磁環(huán)境兼容、各模塊互不干擾的技術(shù)根基。ISO等國際標準化組織針對各類EMC測試項目，均制定了完整細化的技術(shù)規(guī)范與試驗要求。

輻射騷擾（RE）

輻射騷擾測試用于考核車載電子模塊以空間輻射方式向外釋放電磁干擾的特性。試驗一般在電波暗室內(nèi)開展，接收天線布置在 1m 或 3m 標準測試距離，采集模塊向外輻射的電磁場強度，常規(guī)測試頻段覆蓋 150kHz 至數(shù)吉赫茲。

車載產(chǎn)品典型輻射干擾源頭主要包括開關(guān)電源、高速時鐘電路、電機驅(qū)動電路。

如圖3所示，整車EMC試驗需在大型電波暗室內(nèi)開展，暗室內(nèi)壁鋪設(shè)吸波材料以消除電磁波反射，保證測試數(shù)據(jù)僅體現(xiàn)車輛自身輻射發(fā)射量。暗室空間尺寸、轉(zhuǎn)臺定位精度、天線極化方向都會大幅影響測試結(jié)果。

 EMI發(fā)射測試系統(tǒng)由電波暗室、EUT被測件、接收天線、EMI測試接收機與配套控制軟件構(gòu)成。零部件級測試時，被測件放置于試驗臺；整車測試則將整車安置在轉(zhuǎn)臺，天線沿車輛各個方位掃描采集信號。

傳導(dǎo)騷擾（CE）

傳導(dǎo)騷擾測試用于考核車載電子模塊經(jīng)由電源線、信號線向外傳導(dǎo)電磁干擾的特性。測試借助阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN，人工電源網(wǎng)絡(luò) AN）采集電源線上的傳導(dǎo)噪聲電壓、噪聲電流，常規(guī)測試頻段為 150kHz～108MHz。合理的電源濾波電路設(shè)計與完善的接地方案，是抑制傳導(dǎo)騷擾的核心手段。

如圖 4 所示，傳導(dǎo)騷擾測試時將 LISN 線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于電源輸入端與被測件 EUT 之間，為噪聲測量提供標準 50Ω 阻抗測試接口。測試布置過程中若形成接地環(huán)路，會引入額外共模電流，造成測試數(shù)據(jù)失真，因此接地方案設(shè)計是試驗布置的關(guān)鍵要點。

傳導(dǎo)騷擾抗擾度（CS）

傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試通過電源線、信號線向車載電子模塊注入標準尖峰脈沖或連續(xù)波干擾，檢驗?zāi)K承受車載電網(wǎng)瞬態(tài)波動、空間電磁感應(yīng)傳導(dǎo)干擾的性能。 

 ISO 7637-2標準定義的各類浪涌脈沖為本項測試核心內(nèi)容。試驗利用人工網(wǎng)絡(luò)（AN）復(fù)刻整車線束阻抗特征，將標準脈沖耦合至被測部件電源線與信號線。整套試驗布置須嚴格遵循標準規(guī)范，精準控制線束長度、接地方案以及脈沖發(fā)生器接線結(jié)構(gòu)。

射頻電磁場輻射抗擾度（RS）

射頻電磁場輻射抗擾度用于驗證車載電子模塊抵御環(huán)境窄帶輻射電磁場干擾的能力。測試設(shè)備由信號源搭配功率放大器驅(qū)動發(fā)射天線，在被測件周邊建立均勻電磁場；常規(guī)測試頻段為 20 MHz～6 GHz，部分標準可擴展至 18 GHz。試驗全程被測模塊需維持正常工作狀態(tài)，性能下降幅度不得超出標準限定等級。

如圖5所示，射頻輻射抗擾度測試一般采用連續(xù)波（CW）、調(diào)幅（AM）、脈沖調(diào)制（PM）等多種調(diào)制波形，以此復(fù)現(xiàn)真實工況下不同類型的射頻干擾。調(diào)制參數(shù)的選取會直接改變試驗嚴酷等級與考核側(cè)重點。

靜電放電抗擾度（ESD）

靜電放電是車載電子產(chǎn)品主要電磁干擾來源，極易造成元器件擊穿損毀、整機功能異常，靜電抗擾度相關(guān)測試內(nèi)容將獨展開詳細說明。

電源線傳導(dǎo)干擾與 ISO 7637-2 浪涌脈沖

傳導(dǎo)干擾概述

電源線傳導(dǎo)干擾與信號線傳導(dǎo)干擾是傳導(dǎo)抗擾度測試兩大核心考核維度。對電子模塊來說，電源側(cè)的瞬態(tài)擾動會直接沖擊電源回路電路，嚴重時引發(fā)功能異常甚至元器件損毀。ISO 7637-2標準給出多類標準化脈沖波形，可完整復(fù)現(xiàn)車載電氣系統(tǒng)中各類瞬態(tài)干擾實際工況。

浪涌脈沖 1：感性負載斷開瞬態(tài)

該脈沖用于模擬車輛上電后，繼電器、電磁閥、喇叭等感性負載斷開供電瞬間，在并聯(lián)電源端口產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓現(xiàn)象。脈沖1屬于車載電子模塊設(shè)計必須應(yīng)對的基礎(chǔ)干擾脈沖，任意感性負載通斷過程中都極易產(chǎn)生該類干擾。

如圖6所示，典型瞬態(tài)脈沖波形由峰值電壓$U_S$、上升時間$t_r$、持續(xù)時間$t_d$三項關(guān)鍵參數(shù)界定。脈沖1能量主要集中在2ms左右區(qū)間，屬于中速、中能量脈沖干擾，會同時造成電子模塊誤動作、元器件損壞兩類問題。脈沖1為負向脈沖，常規(guī)電源反接保護電路即可實現(xiàn)基礎(chǔ)防護；電路設(shè)計中采用雙向TVS二極管、壓敏電阻均可有效吸收脈沖能量，保護后端電路。

如圖7所示，TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管是抑制脈沖1這類負向浪涌的核心防護器件。該器件響應(yīng)速度快、鉗位電壓穩(wěn)定，可在納秒級時長內(nèi)將過壓脈沖鉗位至安全電壓區(qū)間，被大量運用于車載電子電源輸入端與信號接口電路。

如圖8所示，壓敏電阻為另一類常用浪涌吸收元器件，具備非線性伏安特性：當其兩端電壓超過動作閾值時，阻抗會急劇降低，以此泄放過壓能量。對比TVS二極管，壓敏電阻可承受更大通流，更適配高能量脈沖吸收場景，但響應(yīng)速度存在明顯劣勢。

浪涌脈沖 2a：線束寄生電感效應(yīng)

脈沖2a用于模擬線束寄生電感作用下，與模塊并聯(lián)設(shè)備的電流驟然切斷所產(chǎn)生的瞬態(tài)工況。并聯(lián)支路電流突然斷開時，線束電感為維持原有電流，會生成幅值較高的正向脈沖電壓。

脈沖2a上升時間約1μs，持續(xù)時間約0.05ms，源內(nèi)阻僅2Ω，可輸出較大瞬時電流。該脈沖在車輛正常運行時持續(xù)存在，因此電子模塊遭受該干擾期間必須維持功能正常。受車載線束電感偏小影響，脈沖2a屬于幅值不高、前沿陡峭、脈寬窄、內(nèi)阻低的正向脈沖，會對半導(dǎo)體元器件造成一定損壞風(fēng)險。

浪涌脈沖 2b：直流電動機暫態(tài)干擾

脈沖2b用于模擬直流電機工作時充當發(fā)電機、同時點火開關(guān)斷開產(chǎn)生的瞬態(tài)工況。波形分為兩個典型階段：第一階段，點火開關(guān)斷開，在線束寄生電感影響下，電源端口電壓快速跌落；第二階段，電壓跌落結(jié)束后，直流電機依靠慣性持續(xù)轉(zhuǎn)動，進入發(fā)電狀態(tài)，生成幅值偏低、持續(xù)時間較長的正向脈沖。

如圖9所示，整車線束總長可達數(shù)千米，線束自帶的寄生電感、寄生電阻是脈沖2b這類瞬態(tài)干擾產(chǎn)生的關(guān)鍵物理成因。通過合理對線束分段布設(shè)、優(yōu)化接地節(jié)點分布、完善屏蔽層結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效削減寄生參數(shù)引發(fā)的干擾幅值。

浪涌脈沖 3：開關(guān)過程瞬態(tài)

脈沖3用于模擬各類開關(guān)動作產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，分為負向脈沖3a與正向脈沖3b兩類。車輛模塊內(nèi)部繼電器、固態(tài)開關(guān)，以及整車各類開關(guān)通斷時，受線束分布電容、分布電感共同作用，電源端口會產(chǎn)生大量浪涌脈沖。

如圖10所示，脈沖3b為疊加在13.5V標準供電電壓上的高速正向脈沖串，上升沿極陡，脈寬約100μs，重復(fù)頻率高。脈沖3屬于疊加在正常工作電壓上的暫態(tài)浪涌，因此要求電子模塊受干擾時功能不能異常。 

 整車線束分布電容、分布電感數(shù)值偏小，致使脈沖3上升時間可達5ns級別。這類超快速瞬態(tài)脈沖極易耦合進入數(shù)字電路電源引腳，造成邏輯電平誤觸發(fā)。為此PCB設(shè)計階段必須重點做好電源去耦與濾波處理。

浪涌脈沖 4：電源電壓跌落

脈沖4用于模擬內(nèi)燃機啟動機工作、大功率負載上電時出現(xiàn)的電源電壓跌落工況（不含啟動瞬間尖峰電壓）。啟動機或大功率負載上電瞬間會抽取巨大瞬時電流，使整車蓄電池電壓大幅下降，電壓可跌至正常值一半左右，跌落持續(xù)時長可達數(shù)秒乃至數(shù)十秒。此階段電子模塊易因供電不足出現(xiàn)誤動作，內(nèi)部MCU還可能發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、程序錯亂、整機復(fù)位等故障。

如圖11所示，針對脈沖4這類長時間電壓跌落工況，PCB布局里電源去耦電容的容量大小與擺放位置起到關(guān)鍵作用。過大的電流環(huán)路面積除了會提升輻射發(fā)射水平，在電壓跌落階段還會依靠電感效應(yīng)放大電源紋波。設(shè)計時需盡可能縮小高速信號線與電源回流路徑形成的環(huán)路面積。