曹德友， 李郎尼， 李 錢

（溫州長江汽車電子有限公司， 浙江 溫州 325000）

電流法傳導(dǎo)發(fā)射 （CCE） 是CISPR 25中關(guān)于機(jī)動(dòng)車零部件/模塊的電磁輻射量測(cè)量方法之一， 主要通過電流探頭測(cè)量線上的電流變化量。

EMI電流探頭是一種卡式電流傳感器， 專門用于測(cè)量線上 （單/多根電纜束） 的干擾電流。 測(cè)試時(shí)只需將它夾在被測(cè)線上而不需要與被測(cè)源導(dǎo)線導(dǎo)電接觸， 也不用改變其電路。 這樣復(fù)雜的導(dǎo)電系統(tǒng)/電子線路等的干擾測(cè)量就可以在不打亂其正常工作或正常布置的狀態(tài)下進(jìn)行。 探頭夾在被測(cè)線上進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 被測(cè)導(dǎo)線充當(dāng)變壓器的初級(jí)， 次級(jí)則包含在電流探頭中。 電流探頭 （次級(jí)） 設(shè)計(jì)為可直接連接到系統(tǒng)的測(cè)試儀器上， 如接收機(jī)/頻譜儀。 電流探頭附加的屏蔽結(jié)構(gòu)可以測(cè)量非對(duì)稱 （共模） 干擾電流或?qū)ΨQ （差模） 干擾電流。

EMI接收機(jī)是測(cè)量干擾發(fā)射的一個(gè)主要儀器。 它實(shí)質(zhì)上是一種選頻測(cè)量儀， 能將由傳感器輸入的干擾信號(hào)中預(yù)先設(shè)定的頻率分量以一定通頻帶選擇出來， 予以現(xiàn)實(shí)和記錄， 連續(xù)改變?cè)O(shè)定頻率便能得到該信號(hào)的頻譜。

本次實(shí)驗(yàn)依據(jù)SMTC 3800006—2013 電子電器零件、系統(tǒng)電磁兼容測(cè)試規(guī)范。 被測(cè)樣件與模擬負(fù)載之間的線束長度為1700mm （+300mm/0mm）， 電流探頭夾在所有線束（除電源線及搭鐵線）， 分別測(cè)試距離樣件50mm/750mm位置。

1 系統(tǒng)基礎(chǔ)信息

公司開發(fā)的某上中控臺(tái)開關(guān)電路框圖如圖1所示， 開關(guān)與DUT連接示意圖如圖2所示。 EMC測(cè)試中輻射發(fā)射超標(biāo)，通過排查鎖定主要因Lin Bus部分超標(biāo)產(chǎn)生， 產(chǎn)品Lin Bus接口電路見圖3。

圖1 產(chǎn)品電路框圖

圖2 開關(guān)與DUT連接示意圖

圖3 LIN接口電路

2 LIN總線低頻電流法傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)現(xiàn)象

1） 試驗(yàn)測(cè)試1： 頻段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13為220pF， C30不焊接， Load Box負(fù)載電容680pF。 分別對(duì)每根線進(jìn)行電流檢測(cè)， 數(shù)據(jù)見表1。 通過測(cè)試數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)品以ILL+背光線和Lin Bus總線輻射發(fā)射超標(biāo)為主， 其中Lin Bus線上占比較大， 因而本文主要針對(duì)Lin Bus進(jìn)行分析和研究。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)1

2） 試驗(yàn)測(cè)試2： 如表2所示， Lin Bus不通信和通信對(duì)發(fā)射量影響顯著， 通信時(shí)發(fā)射量顯著增加 （如1組， 2組對(duì)比分析）。 通過調(diào)整負(fù)載端電容從33pF到4.7nF， 對(duì)發(fā)射量影響顯著， 且容值越大， 發(fā)射值越高 （如1組， 3組， 4組，5組對(duì)比分析）； Lin Bus上采用π濾波器， 可以微調(diào)傳導(dǎo)發(fā)射幅值 （如6組， 7組對(duì)比分析）。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)2

圖4 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖6 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖7 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖8 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖9 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖10 測(cè)試數(shù)據(jù)

3） 試驗(yàn)測(cè)試3： 頻段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13為220pF， C30不焊接， LoadBox負(fù)載電容33pF。 調(diào)整Lin Bus報(bào)文調(diào)度周期分別為100ms和300ms， 測(cè)試100ms時(shí)， 對(duì)應(yīng)PK 最 大 值 為16.40dBuA， 300ms 時(shí)， 對(duì) 應(yīng)PK 最 大 值 為11.95dBuA。 因而分析出通過報(bào)文調(diào)度周期由100ms調(diào)整為300ms， 發(fā)射量從16.40dBuA降低到11.95dBuA。

3 仿真模擬電路圖

電流探頭是一個(gè)寬帶電流互感器， 其核心部分是一個(gè)分成兩半環(huán)的高磁導(dǎo)率磁芯， 在磁芯上繞有n匝線圈， 放置在一個(gè)非磁性的金屬殼體里， 被測(cè)電纜穿過磁芯探頭， 在磁芯線圈上感應(yīng)出電壓， 通過BNC 或 者N 型 連接器輸出到頻譜儀或接收機(jī)。 結(jié)構(gòu)模型如圖11所示。

圖11 電流探頭結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)電流探頭結(jié)構(gòu)模型， 最終在接收機(jī)得到的是電流頻域信號(hào)， 故在MATLAB的Simulink中建立主從節(jié)點(diǎn)信號(hào)仿真模擬電路圖 （圖12）， 測(cè)量LIN線上電流變化時(shí)域信號(hào)， 再通過傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)。

圖12 仿真模擬電路圖

4 仿真電路驗(yàn)證

在進(jìn)行LIN線上電流仿真前， 首先要先驗(yàn)證仿真電路的可靠性。 主要通過用示波器讀取實(shí)際電路LIN電壓波形， 再用此仿真電路仿真LIN電壓波形。 對(duì)這兩組數(shù)據(jù)在時(shí)域和頻域圖比較。 如圖13所示， 紅色線條為實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)， 藍(lán)色線條為仿真數(shù)據(jù)， 疊加對(duì)比電壓波形基本一致， 驗(yàn)證了仿真電路模擬LIN主從節(jié)點(diǎn)傳輸信號(hào)的可行性。

圖13 LIN電壓波形仿真和實(shí)測(cè)比較

5 LIN總線上電流變化仿真

1） 通過設(shè)置仿真電路中不同負(fù)載電容容值， 對(duì)應(yīng)測(cè)試獲得電流時(shí)域數(shù)據(jù)傅里葉變換， 得到頻域數(shù)據(jù)， 如圖14所示。

圖14 不同負(fù)載電容電流變化頻域圖

2） 為避免仿真數(shù)據(jù)較大， 提升仿真效率， 設(shè)定采用時(shí)間周期為500ms， 通過控制500ms內(nèi)報(bào)文發(fā)送的個(gè)數(shù)， 來變相模擬報(bào)文調(diào)度周期 （如500ms， 250ms， 100ms）， 對(duì)應(yīng)測(cè)試獲得電流時(shí)域數(shù)據(jù)傅里葉變換， 得到頻域數(shù)據(jù)， 如圖15所示。

圖15 發(fā)送不同個(gè)數(shù)報(bào)文電流變化頻域圖

通過以上頻域數(shù)據(jù)分析， 仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律一致。

6 結(jié)論

通過實(shí)物測(cè)試和仿真模擬， 獲得初步結(jié)論如下。

1） 負(fù)載電容從4.7nF向33pF減小時(shí)， 對(duì)應(yīng)頻譜信號(hào)幅值有明顯的下降， 因此通過調(diào)整負(fù)載電容容值， 可以明顯改善Lin Bus EMC特性。

2） 通過改變或調(diào)整Lin Bus報(bào)文調(diào)度周期， 可以明顯改善Lin Bus EMC特性； 周期越長， 頻譜幅值越低。

基于以上方法， 提供了一種問題分析思路。 一般Lin Bus產(chǎn)品設(shè)計(jì)中， 通過調(diào)整磁珠FB1、 電容C13、 C30、 負(fù)載電容等參數(shù) （細(xì)節(jié)上需要考慮TVS管節(jié)電容）， 結(jié)合優(yōu)化PCB走線都能滿足EMC CCE測(cè)試要求。 同時(shí)， 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要符合諸如SAE_J2602、 客戶LIN物理層規(guī)范或圖紙要求，確保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通過客戶的認(rèn)可。