车载娱乐系统的电磁兼容性整改

[摘 要]电磁兼容工作在我国开展的比较晚，相比于西方发达国家在技术层面上有着较大的差距，特别是实际中缺乏相关的管理及设计规范。本文中以车载娱乐系统为实例，分析其电磁兼容性整改思路，有效提高开发娱乐系统的电磁兼容性能，满足不同消费者的安全舒适要求。同时希望给以后类似案例提供一定的经验借鉴。

[关键词]车载娱乐系统

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0365-01

引言

社会经济发展促进消费水平的提高，消费者对车辆舒适性提出更高的要求，目前汽车的基本配置中就有车载娱乐系统，这时汽车行业差异化竞争的现实需要。和原先汽车只有收音机功能相比，现在的娱乐系统逐渐实现智能化，其组成及软硬件功能愈发复杂，这也是造成车载娱乐系统电磁兼容问题的主要原因。电子设备无论构成多么复杂，电磁兼容问题都是由3个基本要素构成的。就车载娱乐系统而言，它既是电磁骚扰源又是敏感设备，因此解决其电磁兼容问题时需要从两方面下手：提高抗干扰能力及抑制对外辐射。

1、汽车电磁兼容问题概况

1.1 汽车电磁兼容现状分析

自从有了汽车后，人们就受到汽车噪声、震动等方面问题的而影响，为了减少这种影响，人们投入大量的人力物力，目前看来取得不错的成绩。但是随着科技水平提高，汽车的电磁环境变得愈加复杂，造成电磁兼容问题在实际中表现的越来越突出。外部电磁对汽车使用中干扰越来越多，比如常见的移动通讯设备、广播等；再加上汽车上安装的电子设备越来越多，当其工作时就会对其他车载电子设备产生影响，自身反而又会受到其他设备的影响。在西方发达国家，目前已经将电磁兼容列为汽车三大污染源之一。

1.2 汽车电磁兼容问题危害

电子以及电气设备在工作中都会向周围发出电磁信号，这种信号一定程度上会影响到别的设备的正常工作，自身在运行中也会受到周围电磁环境的影响。电磁干扰具有无形无相性，因此很多时候有电磁干扰存在就会出现故障，当它消失的时候电磁干扰就消失了，汽车的故障也就好了。因此电磁干扰很多时候可能是暂时的，影响不是很大，比如常见的车载娱乐系统死机或车载电视机画面抖动；但是有时的干扰可能是致命的，比如安全气囊或制动防抱死系统等在行驶中受到干扰，很可能出现失效或误触情况，进而造成严重的交通事故。

2、车载娱乐系统失效原因分析

车载娱乐系统包括车载设备硬件、智能服务网、客户端软件、呼叫中心等多方面的综合服务系统。该系统可以为车主提供包括智能导航、远程发送目的地、一键人工服务、实时天气、实时路况、就近生活设施推荐、音乐、收音机、电话、短信等服务。本文详细阐述了其中车载设备部分即娱乐系统主机的硬件电磁兼容问题整改。车载娱乐系统硬件由娱乐系统主机、通信模块、扬声器、麦克风、GPS天线、收音机天线和转向盘控制开关等硬件组成。

2.1 辐射发射失效分析

分析娱乐系统RE测试中超标的频点，可知主要是由CPU板输出的MCLK_13MHz和LCD_PCLK两个时钟信号，以及多次谐波之间互相影响产生的辐射信号。针对该问题，在两个输出时钟信号线分别增加47pF搭铁电容和磁珠。磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，具有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁珠的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，但是，这时磁珠的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过磁珠时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉，从而达到抑制辐射发射的目的。

2.2 辐射抗扰失效分析整改

分析RI测试的失效现象，FM模式下扬声器在1.3-1.5GHz无输出，初步判断为收音机高频头受到了干扰，导致其不能正常工作。事实上为防止高频头受到干扰，在设计上已经应用了屏蔽罩，需要分析屏蔽罩未能达到效果的原因。针对主机内部元器件的屏蔽罩目的是用于切断骚扰通过空间传播的途径。但实际上主机外壳上或者屏蔽罩与基板之间总是存在各式各样的孔和缝隙，例如通风孔、进出线孔、面板器件安装孔、连接缝隙等，这些孔、缝都可能造成电磁波的严重泄漏。

2.3 大电流注入失效分析整改

大电流注入测试中，USB模式下发生播放暂停情况。分析可能暂停播放的原因，其一是USB模块供电受到干扰，导致供电不正常而不能工作。其二是U盘本身受到干扰而不能工作。

3、车载系统失效整改措施

3.1 辐射发射失效整改措施

该磁珠在100MHz时阻抗为1800Ω，对高频信号有很强的衰减能力，其等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，对快速变化信号有延缓作用。整改措施应用后，整体辐射水平下降超过10dB，除450MHz外，均能满足class5等级要求，措施有效。

除上述滤波措施外，针对CD基板上主频33MHz晶振的倍频对外造成的辐射，研究其搭铁方式后发现，其搭铁仅靠PIN脚通过排线与主板地连接，搭铁回路远，效果差。因此修改该主机结构，在SD主板外侧的结构件上直接做下沉式凹槽，通过该凹槽使SD基板地直接与机壳连接，同时更换带有屏蔽层的排线。完成上述修改后重新测试，该晶振倍频点辐射均下降超过10dB，效果良好。通过上述滤波手段（增加搭铁电容、应用磁珠），搭铁手段（更改外壳搭铁结构）和屏蔽手段（更换带有屏蔽层的），综合改善了整机辐射骚扰性能。本文列出重要的整改措施的思路，为实施整机整改和后续开发提供参考。

3.2 辐射抗扰失效整改措施

因此在设计中应遵循下面的经验公式：商用设备机壳孔缝直径d<λ/20，即缝隙的大小应小于相应波长的1/20，否则会有泄露的风险。为提高机壳屏蔽效能，在接缝处可使用导电衬垫，大缝隙可增加连接点。测量已经应用的屏蔽罩，其外围边长约20mm，而搭铁点仅有四角的4个，其缝隙的尺寸约20mm，根据失效频率1.5GHz，我们计算是否满足泄露要求。按照上述方案修改屏蔽罩搭铁数量后，重新进行试验验证，RI测试未发生输出中断的情况，高频头抗扰能力得到提高。至此，RI失效的原因已经明确，测试中1.3-1.5GHz的干扰频率与主机高频头模块VCO的振荡频率接近，由于屏蔽罩缝隙过大，干扰波通过屏蔽罩的缝隙进入，干扰到了高频头的正常工作。降低屏蔽罩缝隙长度后，高频干扰无法进入，问题得到解决。

3.3 大电流注入失效措施

对基板和USB电源，增加1000pF搭铁电容，提高其稳定性；修改屏蔽线搭铁连接，将端子直接压接在屏蔽层外侧以增强搭铁效果。拆解USB数据线端子发现，其端子外壳与屏蔽层连接仅靠线端引出的一根导线连接，为明显的“猪尾巴”效应，搭铁效果差。为改善连接方式，直接将压接端子压接在屏蔽层上，保证其电连续性；USB线束靠近U盘端增加钳位滤波器。为防止U盘受到共模干扰，在靠近U盘处增加磁环，铁氧体磁环在高频时呈现电阻性，能消耗高频共模骚扰的能量，实际上是一种吸收式的低通滤波器。由于共模骚扰电流在连接线上是有一定分布的，因此铁氧体磁环应放在电流较高的位置上，一般放在连接线的端子处。在综合应用以上措施后，重新进行BCI测试验证，未发生播放暂停的情况，整改措施有效。

结束语

电磁兼容需要考虑两方面的问题，除却本身适应电磁环境能力外，还需要考核是否会对其他设备产生影响。电磁兼容测试整改要比其他例行的环境试验复杂得多，因此为避免后期质量问题应在设计之初就综合考虑各方面问题。

参考文献

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