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測試與測量  

利用示波器檢測ECU的EMI干擾

上網時間: 2016年02月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:示波器  電磁相容  偏差檢測  EMI  ECU 

作者:

Loren Dunn、Mark Maciejka,Hitachi Automotive Systems;

Mike Hertz、Dan Steinken,Teledyne LeCroy

在進行電磁相容(EMC)測試時,通常會想到使用頻譜分析儀執行輻射測試。但示波器也適合EMC測試應用。在EMC測試中未能充份利用示波器的一個應用是即時功能性的效能評估,包括待測物(DUT)在受干擾時所進行的偏差檢測。示波器能協助記錄EMC如何影響產品的運作,但必須與測試室內的待測設備(EUT)進行電氣隔離。

上述的「偏差」一詞指的是一個EUT對干擾的響應,此時可能有一個或多個功能超過所允許的容差。這些功能和容差定義於專為特定裝置開發的EMC測試計畫檔案中,並且在測試開始之前取得各方的一致認可。

汽車產業中的標準做法是執行元件級測試,以判斷一款裝置對靜電放電(ESD)、電源和I/O線路瞬態變化、傳導射頻(RF)和輻射電磁與電場等干擾的抵抗能力。這些測試都必須在完整的車輛抗干擾測試之前進行。在OEM的工程規範中明確定義了抗干擾的驗收標準(如DUT必須容忍的RF場強度),同時,這些測試程序一般都得符合國際標準。

對於大多數元件級抗干擾測試來說,常見的測試設置是由一些線束與負載模擬器組成,該負載模擬器中包含真實的和/或電氣等效的負載(代表DUT與車輛的連接介面)。DUT必須在測試計畫中所定義的一種或多種工作模式下作業,並暴露於干擾中。在受干擾的環境中,監測該DUT是否可在超過允許容差時正常反應。針對RF抗干擾測試,在進行偏差檢測時必須先確定裝置的抗干擾閾值,並在這一過程中先大幅降低干擾幅度,然後再微幅增加干擾強度,直到再度產生偏差。

如果DUT提供一條CAN通訊匯流排,那麼與其功能狀態相關的資訊可以透過這條匯流排進行傳送,但其它被監測的功能細節無法透過它來傳送,例如感測器的類比訊號或驅動致動器的脈寬調變(PWM)輸出訊號,必須使用合適的儀器來測試這些功能。

RF抗干擾測試通常在有遮罩的測試室中進行,以避免實驗室人員暴露在危險的電磁場環境中,同時也預防敏感的設備發生故障。ISO 11452-4中所描述的傳導性RF抗干擾測試使用箝位電流注入探棒,從而將RF電流導入EUT的線束中,這種RF電流的頻率從1MHz至400MHz,電平從幾十到數百毫安培(nA)的範圍。這些電流會在測試台附近產生高強度磁場,足以影響未遮罩設備的正常運作。ISO/IEC 61000-4-21中所描述的輻射型RF抗干擾測試使用一個包含機械模式調諧器的混響室,當在特定測試頻率獲得足夠數量的調諧器位置時,會在整個混響室的可用空間內產生統計學上均勻的電磁場。測試頻率範圍是300MHz至3GHz,磁場強度可能高達200V/m(CW和AM)以及600V/m(雷達脈衝)。

為了保持遮罩室的完整性,禁止透過傳導電纜將測量儀器直接連接至測試設置。因為在遮罩室中,RF場會耦合至電纜,使其成為像是暴露在遮罩室外的輻射型天線。為了避免這個問題,我們必須使用由RF加強型光纖收發器組成的隔離式連接。轉換後的訊號透過波導方式從非傳導性光纜離開遮罩室,該波導具有在測試頻率範圍之上較低的截止頻率。光訊號由連接至測量儀器的接收機轉換回電訊號。

在圖1中,該測試設置(圖中未顯示)和RF強化光纖發送器放在混響室可用空間內的一個泡棉台上,該泡棉台的相對介電常數小於1.4。


圖1:配備模式調諧器的混響室(右邊)。圖中未顯示發射與接收天線

一旦在遮罩室外擷取到訊號,訊號通常會被路由至資料擷取系統,該系統通常必須以客製軟體來分析並比較訊號資訊,以允許容差,並判斷EUT是否滿足規定的要求。相較於許多感測器,電子控制單元(ECU)可以監測多個訊號,並將測量值與可接受極限進行比較,而且所需要的軟體可能有很高的開發成本。因此,我們用多台示波器組成的陣列來取代複雜的客製化資料擷取系統。因為示波器已經具備遮罩測試和參數限制測試功能,它們能直接滿足大部份(甚至全部)的測試要求,而無需花費很長的軟體開發時間。

圖2顯示混響室的開門處位於測試平台的右邊。左邊是光纜、接收器以及用於執行即時分析的示波器陣列。


圖2:示波器陣列用於即時分析DUT對輻射電場的反應

(下一頁繼續:用示波器檢測EMI干擾)


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