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本文以汽車(chē)里程計終端設計為背景，在已有實(shí)驗條件下，討論了電磁兼容的抗干擾度設計方法，達到工程實(shí)際應用的原則。提出了具有針對性綜合設計方案，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，滿(mǎn)足設備電磁兼容性指標和系統內部的相互兼容。 隨著(zhù)汽車(chē)微電子裝備的大量增加，半導體邏輯器件對電磁干擾敏感度相當高，加之汽車(chē)線(xiàn)速與有關(guān)高場(chǎng)強頻段的波長(cháng)可以比擬，這些頻段存在對車(chē)載電子系統造成強烈電磁干擾的隱患；車(chē)載電磁低電壓、大電流負載特性使其開(kāi)關(guān)過(guò)程在供電線(xiàn)路上產(chǎn)生很多脈沖干擾，進(jìn)一步惡化了電磁環(huán)境。因而，在實(shí)際的汽車(chē)電器設計中，電磁兼容設計通常成為設計成敗的關(guān)鍵。 里程計工作原理和受擾現象 里程計的工作原理是通過(guò)傳感器采集傳動(dòng)部分的齒輪轉動(dòng)來(lái)計脈沖數，通過(guò)數據處理以后送顯示終端，這就是我們看到的里程數。如圖1 圖1里程計工作框圖 然而，里程計在工作中與實(shí)際的里程數不符，顯示要多實(shí)際的公里數。也就是說(shuō)里程計計數信號受到了外界的干擾，影響了里程的計量精度；為了查找受到干擾的部位，用示波器觀(guān)察傳感器采集的脈沖信號在高頻條件下均會(huì )感應出不同的噪聲電壓，這影響了傳感器脈沖計數信號的正常工作。同時(shí)，在不同的電磁環(huán)境中通過(guò)對比試驗，確定汽車(chē)內部的自生騷擾對系統正常工作有很大的影響。通過(guò)示波器對傳感器脈沖計數信號觀(guān)察表明，在傳感器信號線(xiàn)有屏蔽措施的基礎上，其它車(chē)載電器的設備在傳感器信號線(xiàn)帶來(lái)0.1V～1.7V的毛刺，從而影響里程計的精度。如圖2。 圖2里程計干擾與正常的波形 由于汽車(chē)內部的自生騷擾發(fā)射干擾源有很多，如刮水器電動(dòng)機、燃油泵、火花點(diǎn)火線(xiàn)圈、空調起動(dòng)器、交流發(fā)電機線(xiàn)纜連接的間歇切斷，以及某些無(wú)線(xiàn)電子設備，如手機和車(chē)載電臺等。這些干擾源是產(chǎn)生種瞬變電脈沖即可能通過(guò)電磁騷擾發(fā)射對環(huán)境中的其它設備造成干擾。所以抑制干擾的源頭較為困難，為了實(shí)現里程計的計量精度，要加強里程計設備抗干擾能力設計較為現實(shí)可行。 為進(jìn)一步驗證脈沖干擾的傳播途徑，將里程計在實(shí)驗室里單獨供電，并通過(guò)耦合網(wǎng)絡(luò )分別對里程計的電源線(xiàn)、信號采集線(xiàn)耦合脈沖干擾信號，發(fā)現計數信號均受到干擾，尤其信號采集線(xiàn)上最為明顯，影響精度較大。如圖3 如圖3實(shí)驗室驗證時(shí)的檢測 采取的措施 2．1電源的濾波穩壓 汽車(chē)中的供電線(xiàn)路構成了干擾源和敏感設備之間干擾傳導傳輸的完整電路連接，干擾信號通過(guò)供電線(xiàn)路也可達每個(gè)用電設備。所以在里程計的供電中采取了濾波和穩壓的措施來(lái)提高抗外界干擾的能力。首先，對于里程計供電部分采取濾波措施，防止眾多設備的共用電源相互串擾。采用上術(shù)濾波措施后，試驗時(shí)用示波器觀(guān)察電源線(xiàn)上的強加耦合脈沖干擾，毛刺信號明顯變小。電路圖如圖4 圖4電源濾波電路 二極管D16主要是防止電源的正負極被誤接反。電感L7、L8對電源進(jìn)行濾波，濾波器、電容C11配合，可以過(guò)濾掉電源中的尖峰脈沖。二極管D14是脈沖干擾抑制器，它可以快速吸收超過(guò)額定電壓的尖峰脈沖，瞬時(shí)通過(guò)電流很大。電容C12和C13進(jìn)一步對電源進(jìn)行濾波。 其次穩壓技術(shù) 系統的供電模塊與汽車(chē)電源構成直接通路，直接受外部電壓電流波動(dòng)影響，為提供穩定的電壓，電源應該作為一個(gè)重要的敏感設備考慮，目前智能儀器開(kāi)發(fā)中常用的穩壓電源有兩種：一種是由集成穩壓芯片提供的串聯(lián)調整電源，另一種是DC-DC穩壓電源，這對防止其他用電設備對電壓波動(dòng)干擾里程計正常工作是非常有效的。電路原理如圖5所示。這種DC/DC模塊的輸入和輸出完全隔離，輸入范圍很寬。標稱(chēng)輸入電壓為12V的DC/DC電源的允許輸入范圍是9～18V。 圖5DC/DC模塊的輸入和輸出隔離 2．2信號線(xiàn)的數字濾波 由于導線(xiàn)間存在電容性耦合、電感性耦合世電場(chǎng)磁場(chǎng)組合耦合，也是里程計通道出現干擾的主要原因之一，特別是信號線(xiàn)相互較近，增加了干擾的機會(huì )。如果里程計抗擾性能設計不好，極易引起里程計信號的干擾。根據上述原則，為了保證里程計的正常工作，在實(shí)際現場(chǎng)運行當中由于脈沖干擾在有用的脈沖信號上出現了一串上升沿很陡、脈寬很窄的干擾脈沖信號，雖然在信號輸入端已采取了RC濾波，但仍未濾除這一串干擾脈沖，直到有用信號已經(jīng)由于上升沿過(guò)緩而無(wú)法使用了，干擾信號卻幾乎沒(méi)有衰減。 我們采取將信號在電路中單獨處理，用單穩電路設計來(lái)提高里程計的抗干擾能力，具體電路如圖6。原理是利用普通單穩器件和D型觸發(fā)器組成的抗脈沖干擾電路，輸入信號上帶有干擾脈沖，輸入波形如圖（7）中波形A所示。信號和脈沖噪聲的上升沿均能觸發(fā)單穩電路，產(chǎn)生一個(gè)固定脈寬的輸出，在設計電路時(shí)使該脈沖寬度小于信號寬度但大于噪聲脈沖寬度，于是輸入信號經(jīng)由單穩電路后產(chǎn)生如圖（7）中波形B的信號。D型觸發(fā)器的輸出有端子CL和端子D的波形決定，只有當兩端子同時(shí)為高電平時(shí)輸出才是高電平，最后的輸出波形如圖（7）中波形C所示，輸出的波形沒(méi)有附加的脈沖噪聲，從而達到濾波的效果。 圖6 圖7 實(shí)踐證明，單穩電路和D型觸發(fā)器的設計，使電路的抗外界電磁干擾能力明顯加強，大大提高了產(chǎn)品的可靠性能。 2．3 其他方面采取的措施 由于車(chē)內電磁環(huán)境較為復雜，為避免電磁耦合產(chǎn)生相互干擾的隱患，在里程計布線(xiàn)方面，信號線(xiàn)與電源線(xiàn)盡量分開(kāi)走線(xiàn)；里程計信號線(xiàn)雙絞，并將電纜的屏蔽層雙端接地；使之對鄰近導線(xiàn)或回路不產(chǎn)生干擾且可抑制磁場(chǎng)對弱信號回路可能造成的干擾。 總結 汽車(chē)電系上的負載多種多樣，既有小阻抗、大電流的阻性感性負載，也有小電流、高電壓的脈沖發(fā)生裝置，還有高頻振蕩信號源，它們不僅對外是潛在的干擾發(fā)射源，也是對車(chē)載電子產(chǎn)品的干擾源。另外，由于高機動(dòng)性，汽車(chē)也可能會(huì )處于各種可以想像得到的從低頻到高頻的復雜電磁場(chǎng)中，由此產(chǎn)生的電磁干擾耦合也會(huì )影響汽車(chē)電子電氣系統的正常運行。汽車(chē)電子設計不僅需要在這種噪聲環(huán)境中實(shí)現對敏感設備或器件的保護，同時(shí)必須規范EMC設計，提高產(chǎn)品的電磁兼容性，確保噪聲發(fā)射源的噪聲滿(mǎn)足指標要求。 |
