示波器在汽車電子中的EMC測試中的應用-云帆興燁
其結果是，在汽車相同的固定空間內包含的信號范圍不斷擴大 對于汽車內部使用的電子元件來說，在充滿電磁波的實際環境中保持堅固耐用和正常工作是非常重要的，這些電磁波越來越多地來自手機、藍牙耳機、衛星廣播、收音機、無線互聯網、RADAR和其他無數的潛在電磁干擾源。確保魯棒性意味著要在受控環境下滿足嚴格的EMI抗干擾標準，待測的電子控制單元（ECU）通常必須嚴格遵守ISO（國際標準化組織）標準以及汽車制造商和ECU供應商之間談定的要求。 作為測試中常見的典型頻率和場強測試的例子，ISO/IEC 61000-4-21中描述了輻射射頻抗擾度測試，該測試使用包含機械式調諧器的混響室，當在給定測試頻率處獲得足夠數量的調諧器位置時，調諧器在混響室的可用空間內產生統計上的統一場，測試頻率范圍從0.4GHz到3GHz，場強高達200V/m（ CW和AM）和600Vm（雷達脈沖），無論是對監測信號的電子測試設備，還是對混響室內測試人員的安全，場強都是過高的，因此，測量儀器和測試人員要在密封室外面，光纖發射器和接收器單元以及光纜將信號從混響室內的ECU傳輸到混響室外的測試設備。 圖1顯示了一個真實的抗擾度測試中偏差檢測的測試配置，從混響室內拍攝（發射天線斷電時），請注意，調諧器在混響室的右側， 混響室的左側是放置在相對介電常數小于1.4的起泡臺上的CAN總線光纖發射器，在混響室的可用空間內，光纖發射器對來自被測ECU的輸出信號進行光學轉換， 信號通過射頻硬化的光纖電纜在密閉室傳送，射頻硬化的光纖電纜通過波導從地板附近離開。 抗靜電測試 汽車電子元件除了要求具有抗電磁干擾能力以外，還要求具有一定的抗靜電能力。ESD抗擾度的測試等級從2 kV到25 kV不等，通常電壓逐步增加，直到達到設定的上限，在將ESD模擬器應用于待測ECU之前，必須先使用示波器進行校準， 圖2顯示了一個ESD模擬器槍，將接觸放電施加到分流目標上，該分流目標通過雙屏蔽電纜和內聯衰減器連接到示波器的50Ω直流耦合輸入。 ESD等線模擬器驗證包括表征放電脈沖波形，ISO 1060規范的第二版確定了上升時間、第一峰值電流、t1電流和t2電流作為主要的測量參數，t1和t2的電流值會隨著給定RC網絡中的R和C的值而變化，示波器能夠快速自動地表征每個測量參數。 瞬態脈沖（EFT）測試 描述了使用示波器順序采集模式以段的形式獲取的一系列EFT脈沖串，請注意，脈沖串之間的長時間間隔已通過順序采集模式消除掉，只采集期望的脈沖波形。 相比之下，圖4顯示了以段的形式捕獲的EFT脈沖，而不是脈沖串。 可能會采集到數以萬計的單個脈沖，請注意，此處的順序脈沖串捕獲的時間刻度是2ms/div（對應于20毫秒時間捕獲窗口），而順序脈沖捕獲的時間刻度為100ns/div（對應于1毫秒時間捕獲窗口）。 EFT脈沖串捕獲模式中的段間時間戳顯示脈沖之間有大約100ms的時間間隔，而EFT脈沖捕獲模式中的段間時間戳顯示脈沖之間大約100us的時間間隔，兩次捕獲的時間刻度相差1000倍，突出顯示單個EFT脈沖或EFT脈沖串的特征對比。 電壓下降和中斷測試 最后考慮的是電壓下降和中斷測試，為了驗證設備在電壓供應中斷情況下能夠正常工作，必須對電子設備進行電壓驟降測試（定義為電壓突然降低，然后恢復到初始電壓），短暫中斷（定義為短時間完全缺少電源， 然后電壓恢復到初始電壓）和電壓變化（定義為電源電壓逐漸變化到比額定電壓更高或更低的電壓值）。 為了確保信號發生器輸出預期的條件來模擬這些效應，在將發生器連接到被測電子單元之前，必須用示波器驗證信號發生器的波形特性。 顯示是符合ISO 16750-2標準的示例波形，該波形用于驗證具有復位功能的器件（如微控制器）在不同電壓跌落下的復位行為。請注意，波形開始于，在第一次跌落時，電壓電平下降約10.6％至105 ms，然后電平恢復到原來的21.6％到13.55V之前停留105ms，這個電平驟降并返回初始電壓的過程以固定的間隔持續直到電平達到零伏。 當依靠現場工程師在單次捕獲的波形中使用光標測量時，測試每次下降的持續時間和電平是一項耗時且容易出錯的工作，光標測量不僅依賴于操作者的手眼協調，而且還被認為會產的測量不準確性。此外，由于需要操作員手動將每個光標置于正確的時間和電壓水平，所以會花費大量的時間，最后，結果只能表征單次采集的波形，不能提供具有統計意義的結果。 欠幅觸發，測量參數和直方圖從電壓和百分比上量化第一次下降 圖顯示了解決上面列出的每個問題的測量方法，利用這種方法，我們使用負向欠幅觸發來隔離特定的下跌電平。 欠幅觸發是一種硬件觸發，其中波形必須首先通過一個閾值，但不通過第二閾值，以滿足觸發標準。通過選擇欠幅極性為負向，觸發電路隔離符合標準的電壓跌落，由于每次觸發電路都可以鎖定到特定的下跌電平，因此示波器可以快速累積測量統計數據。 觸發電路已經鎖定在第一次下降，在余暉顯示打開的情況下，可以看到第一次下降是示波器捕獲得的唯一下降（圖6，右側，粉紅色）直方圖進一步顯示具有統計特性的量化結果，在這種情況下，直方圖沿著X軸繪制脈沖寬度分布，每個寬度的出現次數顯示在Y軸上（圖2，右側，藍色）,顯示測量結果的統計數據記錄在測量參數表（圖6，右側，底部）中。 總結 汽車EMI和ESD測試涉及多種形式的測試,配備齊全的示波器可以執行EMC抗擾度測試所需的快速參數測量以及仿真模擬器的校準，使用順序采集模式，可以捕獲和表征快速瞬態脈沖和脈沖串，而且開發了用于驗證壓降測試設置的新技術，提供了快速和準確的描述方法。