汽車產(chǎn)業(yè)與各家汽車制造商都必須符合多種電磁兼容性（EMC）要求，例如，其中有兩項要求在于確保電子系統(tǒng)不至于產(chǎn)生過多電磁干擾（EMI）或噪聲，同時也不受其他系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲影響。本文重點介紹這一部份的要求，并提供多項設(shè)計技巧，確保設(shè)備設(shè)計符合EMC/EMI要求。

　　車用EMC要求概述

　　CISPR 25標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)含多項測試方法與建議限制，以評估即將安裝在車內(nèi)的零組件輻射排放量。除了CISPR25提供的內(nèi)容，多數(shù)車廠亦自定義標(biāo)準(zhǔn)，以補充CISPR 25指南，CISPR 25測試的主要目的在于確保零組件安裝后，也不會干擾車內(nèi)其他系統(tǒng)。CISPR 25要求測試時，室內(nèi)電磁噪聲值必須比實測的最低值更低6dB，在這項測試的噪聲值要求最低為18dB（μV/m），而環(huán)境值需在12dB（μV/m）以下，相當(dāng)于一般AM電臺距天線一公里的磁場強度。

　　在當(dāng)今的環(huán)境中，滿足這項要求的唯一方法是使用經(jīng)過特殊設(shè)計及興建的空間，才能確保測試環(huán)境不受外在磁場影響。測試實驗室一般皆有固定規(guī)格，由于必須保護(hù)測 試空間不受室內(nèi)產(chǎn)生的信號反射干擾，因此測試室在選用墻面材質(zhì)時，必須著重于不反射電磁波的要求。測試實驗室造價不斐，通常以每小時租用計。為了 節(jié)省成本，最好能在設(shè)計時間先評估EMC/EMI議題，以便一次測試就成功。

　　另一項測試標(biāo)準(zhǔn)為ISO 11452-4大電流注入（BCI）測試序列，可驗證零組件是否受到窄頻電磁場影響，過程中使用電流探棒，將干擾信號直接導(dǎo)入電路。

　　成功實現(xiàn)EMC測試的設(shè)計技巧

　　保持較小回路：磁場成形后，由傳導(dǎo)材料形成的回路可做為天線，將磁場轉(zhuǎn)換為流經(jīng)回路的電流，電流強度與封閉回路區(qū)域大小成正比，因此要盡量避免回路產(chǎn)生，所需封閉區(qū)域也愈小愈好。若有差分?jǐn)?shù)據(jù)訊號，就可能在差分線路的發(fā)送器與接收器之間出現(xiàn)回路。

　　若兩項子系統(tǒng)共享電路（如顯示器與驅(qū)動顯示器的引擎控制單元），也很容易出現(xiàn)回路。汽車底盤內(nèi)含共同接地（GND），連接顯示器與系統(tǒng)的引擎控制單元 （ECU），當(dāng)視頻信號以自有接地電路鏈接至顯示器，就會在接地平面內(nèi)產(chǎn)生大型回路。這種情況有時無法避免，若是在接地聯(lián)機內(nèi)增加電感或磁珠，雖然DC回 路仍會存在，但以射頻（RF）輻射而言，回路已經(jīng)破壞。

　　此外，只要訊號送至雙絞線電纜，每組差分驅(qū)動器/接收器就會形成回路，通常因為雙絞線耦合緊密，這個回路會在電路上占據(jù)一小塊區(qū)域，但只要訊號抵達(dá)電路板，應(yīng)維持緊密耦合，以避免擴(kuò)大回路范圍。

　　旁路電容不可或缺：CMOS電路頗受歡迎，部份原因在于其高速及功率耗散極低，理想情況下，CMOS電路只有在改變狀態(tài)以及節(jié)點電容需要充電或放電時，才會消耗功率。以供電而言，CMOS電路平均若需要10mA，在頻率轉(zhuǎn)換階段的電流需求以倍數(shù)計，而在周期之間的需求則很低，因此，輻射限制途徑著重于電壓與電流峰值，而非平均值。

　　頻率轉(zhuǎn)換過程中，從電源到芯片電源針腳的電流突增即為輻射一大來源。若在每個電源針腳旁安裝旁路電容，芯片在頻率邊緣所需的電流將直接取自電容，而電容內(nèi)的電荷則趁著周期之間使用較低、較穩(wěn)定的電流累積。較大電容適合供應(yīng)高電流突增，但對超高速需求則常反應(yīng)不及；超小型電容能迅速因應(yīng)需求，但總充電量有限， 很快就會耗盡。對多數(shù)電路而言，最佳解決方案為并用不同尺寸的電容，例如1-μF與0.01-μF的電容，將較小型電容緊靠著芯片的電源針腳，而較大型電容可距離較遠(yuǎn)。

　　良好阻抗降低EMI：當(dāng)高速訊號通過傳輸線，遇上特性阻抗改變時，部份訊號會反射回源頭，其余維持原有方向不變。反射也就導(dǎo)致輻射，為了達(dá)到低EMI，必須采用優(yōu)良的高速設(shè)計。有關(guān)傳輸線電源的設(shè)計信息眾多，以下提供幾項設(shè)計傳輸線的建議要點：

　　1在接地平面與訊號走線之間存在訊號，若任一方受到干擾，輻射就會產(chǎn)生，故需注意接地平面斷流器，或是訊號走線以下不連貫問題。

　　2避免訊號走線出現(xiàn)銳角，圓弧遠(yuǎn)優(yōu)于直角。

　　4FPD-Link訊號通常會經(jīng)過零組件，例如電源供應(yīng)纜線、電源連接點、AC耦合電容等，為減少零組件反射率，建議使用0402尺寸的小型零組件，并設(shè)定走線寬度與0402零組件相同；此外，還必須通過控制堆棧里的電介質(zhì)厚度設(shè)定走線的特性阻抗。

　　屏蔽保護(hù)：理想的屏蔽方法并沒有什么快捷方式，但必須以盡可能降低輻射為目標(biāo)，在可能引發(fā)問題的電路周圍實施保護(hù)措施。雖然它仍可能輻射能量，但理想的屏蔽方式能夠在輻射散逸出來以前加以擷取并導(dǎo)向接地，圖2說明遮蔽如何控制EMI。

　　屏蔽形式不一，可以將系統(tǒng)封鎖在傳導(dǎo)箱中，或是以金屬材質(zhì)量身訂做，焊接在輻射源頭外圍。

　　切勿過快：設(shè)計人員常會擔(dān)心時間誤差，因此選擇最快邏輯組件來縮小時間誤差，但超快邏輯組件的脈沖邊緣陡峭，且頻率非常高，往往會產(chǎn)生EMI。若想減少系統(tǒng)EMI量， 可選擇符合時間需求的低速邏輯組件，或者許多FPGA可降低驅(qū)動強度，借此降低邊緣速率。有時亦可使用邏輯電路上的串聯(lián)電阻，減低系統(tǒng)訊號內(nèi)的轉(zhuǎn)換速率。

　　接地電路短：電流進(jìn)入芯片后都會流出，本文介紹的幾項設(shè)計技巧中，和芯片連接距離都很近，例如旁路電容接近芯片、回路愈小愈好等，但設(shè)計人員常忘記接地電流路徑必須回到 源頭。在理想情況下，電路板有一層專用于接地，與GND的路徑也該和取道相去不遠(yuǎn)。但在有些電路板的配置中，接地平面設(shè)有斷流器，會迫使接地電流從芯片返 回電源時選用較長路徑，而GND電流使用這條路徑時，也會如天線般傳送或接收噪聲。

　　供電線電感：前面曾說明利用旁路電容抵銷電流突增的沖擊，這在供電線上的電感功能也是相同的。在電源在線設(shè)置電感或鐵氧磁珠后，強制與電源線相連的電路自旁路電容汲取電源，而非直接向電源取電，從而滿足其動態(tài)功率需求。

　　開關(guān)電源輸入限制：為了解決EMI問題，必須盡可能降低dv/dt與di/dt，DC/DC轉(zhuǎn)換器看似完全無害，但它其實無法直接從DC轉(zhuǎn)換至DC，而是從DC至AC再轉(zhuǎn)換至DC，在轉(zhuǎn)換期間，AC就可能產(chǎn)生EMI問題。

　　車用設(shè)計人員常擔(dān)心AM無線電頻段會造成干擾，車輛大多數(shù)均配備AM無線電，這種高增益放大器相當(dāng)敏感，可調(diào)諧頻率范圍介于500kHz至1.5MHz之 間，若組件在此頻率內(nèi)發(fā)送訊號，就可能在AM無線電中聽見。許多開關(guān)電源的頻率都位于此頻段中，可能對汽車應(yīng)用造成問題，故多數(shù)車用開關(guān)換電源均使用高于 此頻段以上的切換頻率——通常是超過2MHz，若開關(guān)電源的輸入或輸出過濾不足，部份噪聲就可能進(jìn)入對基頻或次諧波頻率敏感的子系統(tǒng)。

　　注意共振：電感與電容經(jīng)常用于避免可能發(fā)生EMI的dv/dt及di/dt問題，但電感與電容也可能造成自共振，不過，通過增加電阻與電感并聯(lián)，吸收振蕩產(chǎn)生的能量，可避免引發(fā)問題。另一種潛在問題來自串聯(lián)電感（獨立組件或電源線的寄生電感）連接至具有旁路電容的組件，由此形成的L-C電路可能在共振頻率中振蕩，同樣地，這項問題也可藉由增設(shè)與電感并聯(lián)的電阻加以解決。

　　展頻頻率降低峰值輻射：在FPD-Link串行/解串行器（SerDes）等組件中，數(shù)據(jù)總線與頻率通常具備展頻頻率選項，在展頻頻率中，頻率訊號經(jīng)過調(diào)變，導(dǎo)致頻率與數(shù)據(jù)訊號的邊緣涵蓋的頻段更加廣泛，由于EMI規(guī)格可限制頻段內(nèi)任何頻率的峰值輻射，因而擴(kuò)大頻段覆蓋范圍有助于降低噪聲峰值。

　　DS90UB914A-Q1解串行器即為一例，它通常搭配DS90UB913A-Q1串行器使用，在先進(jìn)駕駛輔助（ADAS）系統(tǒng)的攝影機與處理器之間建立視訊鏈接，解串行器將攝影機的影像傳感器頻率送至串行器，并輸出頻率與數(shù)據(jù)供處理器使用。高速頻率內(nèi)同時轉(zhuǎn)換的10至12條高速資源電路，即為EMI的一大主要來源，為了降低此EMI，DS90UB914A可在輸入數(shù)據(jù)內(nèi)使用展頻頻率，而非影像傳感器提供的低抖動頻率，該展頻頻率透過解串行器的緩存器進(jìn)行控制。

　　當(dāng)今的汽車除了娛樂及舒適功能外，許多重要運作也仰賴電子設(shè)備，更需要確保運作不因干擾出錯，以及不至于干擾車內(nèi)的其他系統(tǒng)。工程師可遵循文中介紹的訣竅與技巧，并慎選適當(dāng)組件，即可設(shè)計出更穩(wěn)健的系統(tǒng)，確保車用系統(tǒng)不受EMI問題干擾，從而更加可靠地運作。