汽车电磁兼容设计

描述

今天的汽车是复杂的电子系统，包含数十个微处理器和各种射频发射器和接收器。跟踪所有可能导致电磁干扰问题的相互作用可能是一项艰巨的任务。尽管如此，在组件或车辆第一次进入实验室进行测试时，可以以一种保证满足汽车EMC要求的方式设计组件和系统。

首先符合汽车EMC要求，从电路板布局开始。印刷电路板的布局往往是影响电子系统电磁兼容性的最重要的因素。根据“设计规则”列表自动布线或布局的电路板通常在第一次通过时不满足电磁兼容性要求;使用这些电路板的产品更有可能需要昂贵的EMC“修复”，如电缆和屏蔽外壳上的铁氧体。花时间确保组件放置正确，过渡时间不受偶然机会影响，并优化路径，通常会导致产品在时间和预算内满足所有电磁兼容性和信号完整性要求。

汽车部件很少采用屏蔽外壳，并且要经受一套独特的EMC测试，除非在产品开发早期实施了特定的设计预防措施，否则很难符合这些测试。例如，设计用于将电缆上的高频电流路由到低阻抗底盘地面的产品很容易满足大电流注入(BCI)要求;而在初始电路板布局中不提供此功能的产品可能需要昂贵的修复来满足相同的要求。在控制信号转换时间并注意避免允许高频噪声电流流到电缆束上的设计错误时，符合辐射发射要求也可以相对直接。

大多数汽车部件采用混合信号板(既有模拟电路又有数字电路的板)。汽车应用中的混合信号板要求特别注意低频模拟电流的路由。这些电路板布局上的小错误可能会导致可靠产品和具有严重敏感性问题的产品之间的差异。

与线束设计和布线相关的决策可以对车辆的电磁兼容性产生深远的影响。本课程将介绍车辆级设计的总体策略，包括车辆级建模的组件描述和在汽车设计过程早期必须考虑到的系统交互。

本课程强调汽车电子工程师可以使用的基本概念和工具，以避免电磁兼容性和信号完整性问题。完成课程的学生将能够就EMC的电路板布局和汽车系统设计做出良好的决策。他们还将了解用于快速审查汽车设计的工具和技术，以便在第一个硬件制造和测试之前标记出潜在的问题。

继续教育学分:1.5 CEUs, 15 PDHs

课程大纲

第一部分-重要的基本概念

简介
- 汽车零部件及系统
- 汽车EMC要求
- 布局对产品合规性和成本的影响
- 好的和坏的设计的例子
信号路由与终止
- 电流路径跟踪/最小阻抗概念
- 转换时间控制
- 输电线路
- 平衡或不平衡
识别无意的天线/端口
- 天线的基本要素
- 线束
- 底盘/外壳
噪声源和耦合机制
- 集成电路作为电磁干扰的来源
- 常见的汽车噪声源
- ESD和瞬态磁化率
- 导电，电场和磁场耦合
接地
- 地面与信号返回
- 接地结构和接地导体
- 使用车辆场地
- 混合信号环境中的接地
过滤
- 插入损耗
- 一阶低通滤波器
- 二阶低通滤波器
- 寄生组件
屏蔽
- 电场屏蔽
- 磁场屏蔽
- 减少辐射辐射的屏蔽
- 电缆屏蔽

第2部分-设计工具和技术

PCB布局策略
- 设计指南(好与坏)
- 优化组件放置
- 堆叠和路由优先级
- 容易避免的常见问题
车辆布局策略
- 设计指南(好与坏)
- 优化组件放置
- 线束设计与布线
- 容易避免的常见问题
主要设计考虑事项
- 辐射辐射测试
- 已进行的排放测试
- 用于BCI和辐射敏感性
- 用于ESD和瞬态测试
设计评审步骤和示例
- 识别来源/受害者
- 确定天线/端口
- 应用设计准则/标准
行业工具
- 原理图和电路板布局工具
- 电路连接器
- 现场解决
- 全波建模工具
- 设计规则检查器
- 最大排放/耦合计算器
具体设计实例
- 发动机控制模块
- 车身控制模块
- 信息娱乐系统
- 电源逆变器/电机驱动器
课程总结
- 关键概念回顾
- 汽车EMC工程师资源

课程讲师

Todd H. Hubing博士是克莱姆森大学电气与计算机工程荣誉教授，克莱姆森汽车电子实验室前主任。他和他在克莱姆森大学的学生一直致力于各种汽车电子元件的开发和分析。目前，他在克莱姆森的实验室是美国唯一一家保证他们审查的产品在首次测试通过时就能满足所有汽车EMC要求的实验室。他们能够通过应用本课程中概述的概念以及简单的工具来计算来自各种组件和电路的最大可能的排放/耦合来实现这一保证。这种方法不应用在特定情况下可能有帮助也可能没有帮助的通用设计指导方针，而是可以确定什么是产品合规所必需的。