汽車電子EMC設(shè)計(jì)仿真測試一體化解決方案

 

 

  隨著新能源，車聯(lián)網(wǎng)和ADAS等技術(shù)的發(fā)展，汽車電子產(chǎn)品的數(shù)量不斷增加，在滿足安全性和舒適性要求的同時(shí)，汽車面臨的電磁環(huán)境愈加復(fù)雜。如何保障功能安全的同時(shí)，順利通過EMC認(rèn)證測試，并在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，是大部分汽車廠商關(guān)注的問題。

  

  傳統(tǒng)的方法，依靠EMC測試與整改來解決電磁兼容問題，存在以下弊端，越來越難以滿足產(chǎn)品快速開發(fā)的需要；

1. 盲目性；

2. 后期調(diào)試測試階段工作量大，風(fēng)險(xiǎn)大；

3. EMC測試成本高；

 

目前國際主流汽車電子廠商解決汽車電子EMC問題的思路是;從正向設(shè)計(jì)的角度，借助仿真工具進(jìn)行EMC特性的預(yù)測和分析，設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)問題，直接對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行整改，達(dá)到縮短開發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的可靠性目的。

 

汽車EMC仿真解決方案

 

  汽車中含有各種各樣的電子設(shè)備：PCB板，電纜線束，天線以及電機(jī)之類的低頻設(shè)備，他們都與電磁兼容密切相關(guān)。為了保證各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備正常工作，不受外界干擾并不影響其它設(shè)備的工作，就需要對(duì)各類EMC問題進(jìn)行分析。

 

PCB板EMC仿真解決方案。

PCB是電子產(chǎn)品最基本的部件，它承載著系統(tǒng)中的主要芯片,供電網(wǎng)絡(luò)以及高速互聯(lián)線等關(guān)鍵部件,因此，為保障整個(gè)系統(tǒng)的EMC，需要設(shè)計(jì)具有良好EMC性能的PCB，其EMC設(shè)計(jì)優(yōu)化流程如下圖所示。

在Layout之前進(jìn)行Pre-Layout分析，建立設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和有效約束，優(yōu)化阻抗不匹配及去耦電容等，利用參數(shù)掃描尋求最佳方案等。

SI/PI/EMC規(guī)則檢查

  使用HyplynxDRC內(nèi)置規(guī)則或自定義規(guī)則對(duì)PCBLayout進(jìn)行檢查，識(shí)別Layout中可能引起SI/PI以及EMC問題的設(shè)計(jì)，在每個(gè)設(shè)計(jì)階段不斷檢查和修正，避免一個(gè)較長的設(shè)計(jì)循環(huán)。

SI/PI/EMC仿真分析

對(duì)PCB進(jìn)行SI分析優(yōu)化PCB上關(guān)鍵器件,信號(hào)的布局布線,降低信號(hào)的反射和串?dāng)_;對(duì)電源平面的諧振和去耦電容進(jìn)行分析，指導(dǎo)去耦電容布局，降低電源的噪聲；對(duì)PCB上關(guān)鍵部分部分進(jìn)行EMC分析，識(shí)別可能產(chǎn)生的電磁輻射強(qiáng)度，進(jìn)而及時(shí)優(yōu)化改進(jìn)，從源頭控制有害電磁干擾，并提高抗擾度。

系統(tǒng)及EMC仿真解決方案。

金屬外殼作為整個(gè)系統(tǒng)的載體，為內(nèi)部的設(shè)備提供一個(gè)相對(duì)密閉的電磁環(huán)境。他的屏蔽效能對(duì)控制電磁輻射異常重要；電纜用于傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的供電，通常會(huì)存在著一定程度的耦合以及電磁輻射。因此，需要對(duì)pcb，電纜線束以及機(jī)箱外殼等進(jìn)行協(xié)同仿真，考察整個(gè)系統(tǒng)的EMC特性，其EMC設(shè)計(jì)優(yōu)化流程如下圖所示。

使用CST對(duì)PCB,連接電纜以及機(jī)箱外殼等進(jìn)行建模，提取PCB的近場源或關(guān)鍵器件的spice模型，分析金屬外殼的屏蔽效能，電纜的電磁輻射以及pcb，電纜與外殼三者之間的綜合影響，考察整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外的電磁干擾；并通過外部施加干擾源，考察整個(gè)系統(tǒng)的敏感特性；進(jìn)而根據(jù)需要，對(duì)超標(biāo)部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和整改，以提高整個(gè)設(shè)計(jì)的可靠性。

整車級(jí)EMC仿真解決方案。

在對(duì)整個(gè)汽車進(jìn)行emc分析時(shí)需要對(duì)影響整車emc特性的因素進(jìn)行細(xì)化，如車載天線，線束，電源等大功率設(shè)備，電機(jī)，點(diǎn)火線圈以及電子設(shè)備的影響，從整車的角度分析電子設(shè)備之間的相互干擾以及整車的電磁干擾和電磁敏感度問題。

通過使用HyperLypnx和CST仿真工具，可以實(shí)現(xiàn)，從線路pcb，部件，線束，天線的全方位EMC解決方案。

在對(duì)整車進(jìn)行EMC仿真分析時(shí)，需要首先明確車內(nèi)的主要干擾源，傳輸路徑以及易受干擾的設(shè)備。綜合考慮車內(nèi)的強(qiáng)干擾系統(tǒng)設(shè)備/電機(jī)等，連接線束以及車體之間的影響，分析線束之間相互耦合產(chǎn)生的串?dāng)_，并將產(chǎn)生的干擾電流作為干擾源，考察對(duì)車身的影響；分析天線互耦時(shí)車身表面電流以及車內(nèi)線束上感應(yīng)的干擾信號(hào)，考察整車的EMC特性。

汽車EMC測試驗(yàn)證方案

除了完備的汽車電子EMC仿真方案，還可以通過EMC測試驗(yàn)證方案考察真實(shí)工況下產(chǎn)品的EMC特性。EMC測試試驗(yàn)主要分為兩個(gè)方面：電磁干擾和電池敏感度測試，主要內(nèi)容如下。

基于正向設(shè)計(jì)的EMC仿真解決方案，利用虛擬物理原型，實(shí)現(xiàn)板級(jí)，系統(tǒng)以及整車級(jí)的并形設(shè)計(jì)和EMC問題分析及優(yōu)化，加上后期完善的EMC測試驗(yàn)證，能夠有效的解決板級(jí)，系統(tǒng)級(jí)到整車級(jí)的汽車EMC的問題，節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，并提高產(chǎn)品的可靠性。