李 明，魏 凯

（河南凯瑞车辆检测认证中心有限公司，河南 焦作 454950）

电子电气产品装上汽车销售到市场前，要通过各个国家的认证。在中国产品要经过一系列的强检项目认证。主要包含两个方面：产品电磁兼容和产品安全性认证。随着电磁环境日益复杂，越来越多的便携式发射机产品出现在汽车上，现在的强检标准已经不能满足现在汽车行业的发展需求，越来越多的厂家根据国际标准制定了自己的企标。

21世纪以来，芯片高集成化发展迅速，汽车上电子产品日益增多以及日常电子产品普及，便携式发射机所发射出的电磁辐射对汽车的影响就显得尤为重要。便携式发射机（平板电脑、手机、蓝牙等）具有移动和普遍性，其出现在汽车内会对汽车内的电子设备产生影响，很可能会造成汽车电子设备的误操作。由此可见便携式发射机的测试对整车安全极为重要。

汽车仪表作为汽车的最直接显示界面，它可以为车主显示车的时速、燃油、转速、水温等车辆信息，以及各种信号指示灯的显示和报警。车辆在行驶过程中，仪表要准确将车辆实时信息反馈给车主，这就要求它具有一定的电磁抗扰能力。其电磁抗扰能力的优劣直接决定了其车辆信息的准确性，错误的反馈有可能影响到驾驶的安全。因此汽车仪表的电磁抗扰能力对于整车电磁兼容性的提升具有重要的意义。本文主要讲的就是某汽车仪表的电磁兼容抗扰出现的问题及对策。

1 问题

某汽车仪表的研制规范要求，产品的便携式发射机抗扰性试验，应达到国际标准ISO11452-9［1］的要求。进行试验时，将样品放置在厚50mm的非导电、低相对介电常数（εr≤1.4）的材料上，通过1700mm的电源线与负载模拟器连接，电源线经过人工电源网络与供电电源相连，通电使其正常运行。将天线放置在距样品上方50mm处，天线中心对准仪表中心，并施加干扰。标准要求样品在试验过程中能够正常运行，无任何异常现象，但该样品在频段420～500MHz和频段870～900MHz干扰施加过程中，仪表屏幕背光灯出现连续闪烁现象，干扰施加过后自动恢复正常，其他频段干扰过程中无异常现象。

2 试验分析

因在试验过程中只有背光灯出现闪烁现象，其余功能正常，因此判断可能是背光灯开关处可能受到电磁干扰的影响。要改善干扰产生的影响，需从电磁兼容三要素“干扰源、耦合途径、敏感设备”［2］考虑。

1）干扰源。首先考虑干扰源，因为是抗扰实验我们的骚扰源是人为的骚扰，此骚扰有固定距离，固定功率，此处无法对干扰源进行改变其次传播途径。

2）耦合途径。此试验为抗扰试验，其传播途径为辐射干扰，辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰，一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用搭铁线把它们隔离、在敏感器件上加蔽罩；最后考虑敏感设备，其硬件电路的设计与屏蔽搭接能有效地避免外部干扰。

在优化敏感设备抗扰性能方面，每个单片机在设计之初都应该有去耦网络，来抑制外部干扰，该仪表使用的单片机未在背光灯插座处设计去耦网络，所以怀疑可能是由此原因造成背光灯闪烁，为了验证展开了以下试验。

选择一块相同仪表，在该仪表背光电源插座处加上0.1μF的电容，在同一测试环境、同一测试位置进行反复测试。发现背光灯在420～500MHz频段内不再闪烁，但是有背光灯变暗的现象，分析是滤波电容太小导致。在该仪表背光电源插座处再加上一个0.1μF的电容，进行反复试验，试验结果表明背光灯在420～500MHz频段表现正常，但870～900MHz频段依然有屏幕闪烁现象。电源开关处传来的干扰排除。接下来排查其传播途径上的原因，屏蔽传播途径首先排查线路中的传播，找到其传播位置，切断其传播路径，在本单片机中发现复位脚管处的电容距离太远，怀疑此处易受到干扰，出现异常快速复位现象。为了验证于是在同一仪表上在此管脚位置加上0.1μF的铁皮电容，在同一测试环境、同一测试位置进行反复测试。试验结果显示背光灯在870～900MHz频段表现正常。

3）敏感设备。最后仪表本身，完善仪表线路的设计以及屏蔽干扰源和合理的搭铁以及滤波的措施才可以有效提高设备的电磁兼容性。屏蔽干扰源需要用屏蔽材料将仪表包封，我们将仪表外表面用铜箔进行包裹，在同一测试环境、同一测试位置进行反复测试，发现其在两个频段都有所改善，虽然此措施可以有效地阻断电磁干扰的传播，但是此方法成本、体积、质量会增加，不适合车厂要求。仪表本身的搭铁搭接滤波需要相互配合才能将仪表搭铁，也可以有效改善两个频段的干扰现象，但是厂家要求不可以搭铁，所以此方法不适用。

以上试验研究表明，影响该仪表单片机的便携式发射机抗扰性的原因有以下两点：①仪表的电源位置未设计滤波去耦网络；②仪表的单片机复位脚管的电容距离太远，易受干扰。

3 理论分析

常用硬件抗干扰措施有3种：去耦、滤波、隔离。

去耦的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。一般数字电路在低频段用0.1μF去耦电容即可，高频段用1～10μF，计算按照：

式中：C——电容，F；f——通过电容的电源频率，Hz。其原理就是利用电容对交流信号呈现低阻抗的特性，通过电容的等效阻抗公式可以看出：

式中：Xcap——容抗，Ω；π——圆周率；f——通过电容的电源频率，Hz；C——电容，F。工作频率越高，电容值越大则电容阻抗越大。如果为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就是去耦电容。

滤波是指各类信号按照频率特性来分类控制他的方向。电容其本质是通交流，隔直流，理论上来说电源滤波用电容越大越好，但是由于引线和PCB布线的原因，造成了实际上电容是电感和电容的并联电路，这就引入了谐振频率的概念：

式中：ω——频率，Hz；L——感抗，H；C——容抗，F（在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。所以一般大电容滤低频波，小电容滤高频波）。

隔离最典型的是光电隔离，使用光电隔离器件将单片机的输入输出端隔离开，达到干扰信号不得进入单片机和使单片机的本体噪声不得传导出去。

4 改进措施

根据检验结果，针对影响仪表单片机的便携式发射机抗扰性的原因，对该单片机进行了以下的改进设计。

1）在定位受干扰位置时，发现在420～500MHz频段内是通过电源电路耦合进入敏感器件内部，我们在此做出两种方案：①增加一个100Ω的电阻；②增加一个0.1μF电容来形成一个滤波电路。在验证过程中发现增加100Ω的电阻仍会出现背光灯闪烁现象，在增加一个0.1μF电容时现象改善但背光灯还是出现变暗现象，考虑此处增加电容小才会有此现象，于是再增加一个0.1μF电容，现象改善。做出整改如下。

修改原理图和单片机设计，在仪表电源位置加上两个0.1μF的滤波电容。如图1所示。

图1 修改原理图1

2）在定位受干扰位置时，发现在870～900MHz频段内是因为复位脚管处的电容距离太远，干扰从此处耦合进入电路中，在此处我们做出增加0.1μF铁皮电容来减少线路间的相互耦合。再验证试验中通过试验。做出如下整改。

修改原理图和单片机设计，在仪表复位管脚位置加上0.1μF的铁皮电容。如图2所示。

图2 修改原理图2

3）从整体考虑，在仪表外部包裹屏蔽材料铜箔可以有效改善420～500MHz和870～900MHz频段背光灯闪烁现象，但是此方法体积过大不符合整车装备条件，如改变仪表外壳材料会提高成本，综合考虑此方法舍弃。

5 结语

集成化高速发展的如今，便携式发射装置日益增多使得汽车电磁环境越来越复杂，想要避免便携式发射装置对汽车行驶安全造成影响，最好在设计实施初期把控好电磁兼容设计，从而达到相关的认证要求，进而流入市场。若在设计试验过程中，达不到标准要求，综合使用隔离、滤波和屏蔽方法，合理选择滤波电容等手段可以有效地抑制干扰。