汽车电子的电磁兼容性设计

现代汽车中的电子模块不断增多，因而越来越需要采用良好的设计，以满足主要的电磁兼容性标准的要求。同时，越来越高的集成度也让汽车电气设计师们急需系统芯片专用集成电路和专用标准产品解决方案，它们可以替换多个分立元件。本文探讨汽车电气设计所面临的电磁兼容性问题。

随着汽车工业的发展，就汽车的舒适、安全娱乐、动力传动、发动机管理、稳定和控制应用等研制出越来越复杂的解决方案，促使现代汽车中的电模块以持续强劲的势头不断发展，先进的电子模块也得到越来越普遍的应用。电子模块人仅仅起到支持关键功能的作用，而且是控制这些关键功能。要保证电子模块的正常可靠工作，就必须重视对电磁兼容性的研究和设计。

1．电磁兼容性

电磁兼容性（EMC）是指电气装置或电气系统不产生干扰或不受环境干扰并工作在指定的环境中的能力。电磁兼容性问题成为电气设计者越来越严峻的挑战。其中三个主要问题是：

a.如何将电磁敏感度降到最低，以使设计的电子模块不受手机、全球定位系统等其它电子系统的电磁发射的影响。

b.如何保护电子模块能适应特殊的汽车工况，包括电源系统的瞬变、开关大功率电器及起动电机等的干扰。

c.如何尽量减少可对其他汽车电子电路造成影响的电磁发射。

随着车辆电子模块的增多和更多高频电子设备在汽车上的应用，这些问题也变得越来越富挑战性。此外，电磁干扰对电子模块对许多线性度差和零点偏移大的低功率廉价的传感器的信号采集的影响将是灾难性的。

2．预兼容必测试

以上问题意味着汽车电磁兼容性测试已成为汽车电气设计的关键要素。兼容性测试已在汽车制造商、他们的供应商和各立法机构间标准化。设计过程中电磁兼容性问题发现越迟，就越难识别其根本原因，解决方案也可能将更为有限和昂贵。因此，从集成电路设计和印刷电路板布局到模块安装和最终的汽车布局设计，电磁兼容性在设计流程的各个阶段均需认真对待。为了简化这一流程，在模块和集成电路设计阶段考虑电磁兼容性问题的预兼容性测试，已经或正在标准化。

对于电子模块来说，有三种主要的电磁兼容性标准：

电磁发射标准——IEC 61967：测量150kHz至1千MHz范围内的辐射和传导性电磁发射；

电磁敏感标准-IEC 62132：测量150kHz至1千MHz范围内的电磁抗扰性；

瞬态标准——ISO 7637：道路车辆的传导和耦合造成的电气干扰。

3．电磁兼容性设计

汽车电子模块设计时应用采用多种技术来确保满足电磁兼容性的要求，现针对电源线、地线和软件等设计浅析如下。

3.1电源线设计

根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声的能力。

3.2地线设计

在电子模块设计中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子模块中地线结构大致有系统在、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点。

3.2.1正确选择单点接地与多点接地

在低频电路中，信号的工作频率小于1MHZ，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10MHZ时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHZ时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

3.2.2数字地与模拟地分开

电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再接地，地线应短而粗。高频元件周围尽量用栅格壮大面积地箔，要尽量加大线性电路的接地面积。

3.2.3接地线应尽量加粗

若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，致使 电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。

3.2.4接地线构成闭环路

设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：电子模块上有很多集成电路元件，尤其遇到耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪能力下降；若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

3.3内嵌抗干扰软件设计

在很多的应用中，用简单的抗干扰设计，就可以将一个微控制器的干扰抑制效果大大提高。这样抗干扰设计的魅力就在于实现该设计的费用较低，还可以节省硬件设计成本。

3.4热设计

从有利于散热的角度出发，电子模块最好直立安装，板与板之间的距离一般不应小于2cm，必要时如安装在发动机上电子控制模块，可以采取燃油冷却的方式。同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量小或耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却介质的入口处，发热量大或耐热性好的器件（如功充晶体管、大规模集成电路等）放在冷却介质出口处。对温度比较第三的器件最好安置在温度最低的区域，千万不要将它放在发热器件的正上方。

4 结语

    总之，汽车产生的电磁干扰不仅能影响外界电子电器设备的正常工作，而且也会影响汽车本身装配的电子模块的工作。我们国家汽车电子产品在汽车上的应用程度同汽车技术发达国家汽车的差距正在逐渐减小。随着我国国民经济的为断发展，具有自主知识产权的先进的电子、通讯设备正在逐渐应用到汽车上。为提高设计效率，应对汽车电磁兼容性的问题给予足够的重视。