ABS控制系統(tǒng)的EMC整改策略

化雪薈 張雄

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學院 廣東省佛山市 528000 2.廣州廣電計量檢測股份有限公司 廣東省廣州市 510000）

1 引言

汽車制動防抱系統(tǒng)，簡稱為ABS，是提高汽車被動安全性的一個重要裝置?，F(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)，ABS 既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進、制動效果最佳的制動裝置。

ABS 電磁兼容性測試EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指ABS 系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。本文以某款車型的某款ABS 控制器在國軍標GJB151A-97 RE102（10KHZ-18GHZ）項目的測試中的EMC 整改過程為例，對ABS 系統(tǒng)的電磁環(huán)境，包括電磁干擾源、形成機理及傳播途徑進行了分析，并對ABS 的整改技巧給出了示例。

2 ABS控制器樣機初次輻射測試數(shù)據(jù)

該產(chǎn)品為某款車型的某款ABS 控制器，工作于12V 電壓系統(tǒng)。包括系統(tǒng)主控芯片及外圍電路模塊、電源模塊、信號調(diào)理模塊電磁閥驅(qū)動模塊CAN 通信接口電路模塊和工作狀態(tài)輸出電路。ECU 的主控芯片采用英飛凌公司最新推出的主流的32 位單片機XC2365B，可以滿足用戶對安全性、可靠性以及實時處理性能的要求。ABS 控制器樣品及其基本原理方框圖如圖1 所示。

對該樣機在進行RE102 項目（10kHz~18GHz 電場輻射發(fā)射）時，測試失敗，RE102 測試頻段為2MHZ-18GHZ，主要超標的頻段在30MHZ-200MHZ 之間。ABS 控制器樣機初次輻射測試數(shù)據(jù)如圖2 所示。

3 ABS控制器樣機輻射傳播途徑定位

由于產(chǎn)品是后期調(diào)試，相對設(shè)計前期，能把控和調(diào)整的空間十分有限。一般EMC 分析遵循從易到難，由簡至繁的原則分析，采用排除法，直至找到問題的根源，EMC 沒有捷徑和簡便方法，唯一可以借用的只有經(jīng)驗。根據(jù)以上原則，我們最先考慮線束，基本方法是在線束上扣鐵氧體磁環(huán)后，觀察其測試結(jié)果的變化，如果有變化，說明線束是主要傳播途徑，如果變化小甚至沒有，說明該輻射途徑是由其它導致。鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，鐵氧體的電阻率比金屬、合金磁性材料大得多，而且還有較高的介電性能。鐵氧體的磁性能還表現(xiàn)在高頻時具有較高的磁導率。因而，鐵氧體已成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料，一般可分為永磁鐵氧體、軟磁鐵氧體和旋磁鐵氧體三種。在EMC 領(lǐng)域主要采用軟磁鐵氧體，其殘磁率極低。[1][2][3]

圖1：ABS 控制器樣品及其基本原理方框圖

圖2：ABS 控制器樣機初次輻射測試數(shù)據(jù)

通過在線束上增加鐵氧體后，重新測試，輻射測試數(shù)據(jù)如圖3所示，有非常明顯的下降，說明該產(chǎn)品輻射的傳播途徑是產(chǎn)品線束。

4 ABS控制器樣機輻射機理分析及干擾源查找

EMC 三個基本要素包括干擾來源、耦合路徑及干擾對象。三要素中只要消除其中一個因素，EMC 反應(yīng)就不存在。對于該產(chǎn)品，有兩個方法可采用，即切斷傳播路徑和減弱或消除噪聲源。

我們分析圖3 二次輻射測試數(shù)據(jù)可以看出，超出限值的部分頻點都是窄帶信號，即頻點的AV 值小于PK 值6dB 的信號。窄帶信號能量較高，很難通過電容、金屬屏蔽或線束增加鐵氧體材料的方法進行消除?？紤]到產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)和后期生產(chǎn)工藝，屏蔽和鐵氧體材料都不符合實際要求。只能分析出噪聲源，從源頭上解決。在圖3 中，我們首先找出超標頻點，然后列出各頻點之間的關(guān)系，如表1 所示。

通過對比分析該測試數(shù)據(jù)，我們可以計算出噪聲頻點步進為8MHZ 左右，后面的頻點都是以8MHZ 為基頻的倍頻。在整改設(shè)計過程中，數(shù)據(jù)的分析至關(guān)重要，它意味著整改的思路和方向，數(shù)據(jù)分析失誤，后面的工作就差之毫厘，失之千里。在EMC 設(shè)計整改以及后期分析過程，我們經(jīng)常使用的設(shè)備就是頻譜分析儀，配合一定帶寬的近場探頭，對電路和模塊進行精確定位分析。[4][5]測試工具如圖4 所示。

測量分析要點：

（1）芯片時鐘（主要排查芯片輸入時鐘，內(nèi)部模塊分頻、倍頻時鐘等）。

（2）驅(qū)動電路（主要排查信號轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路、通訊驅(qū)動電路、電源管理電路等）。

（3）通訊模塊（主要排查模塊的數(shù)據(jù)通訊電路、與外部系統(tǒng)的通訊電路等）。

圖5 為該產(chǎn)品的主控制芯片，負責輪速檢測、泵驅(qū)動、外部通訊、數(shù)據(jù)處理等功能。通過靜場探頭探測，查找出主要干擾源來自于該芯片附近，其干擾噪聲通過外設(shè)線束對空間輻射。繼續(xù)對芯片內(nèi)部進行分析，通過內(nèi)部模塊一一排查后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部輪速脈沖計數(shù)器采用了SPI 通訊協(xié)議。SPI 的通訊速率由芯片產(chǎn)家設(shè)置，通過芯片供應(yīng)商得知內(nèi)部SPI 正是采用的8MHZ 速率。至此，整個分析排查過程完成，精確地查找到干擾源。芯片部分內(nèi)部功能框圖如圖6 所示。

表1：測試數(shù)據(jù)超標頻點對比分析表

圖3：ABS 控制器樣機二次輻射測試數(shù)據(jù)

圖4：測試工具

圖5：該產(chǎn)品主控制芯片

圖6：芯片部分內(nèi)部功能框圖

圖7：整改實物圖片

圖8：ABS 控制器樣機整改后輻射測試數(shù)據(jù)

5 ABS控制器樣機EMC整改方法

問題根源已經(jīng)精準地查出，接下來就是采取何種措施解決EMC 測試問題，將干擾頻點抑制在標準限值以下。解決EMC 問題，主要通過干擾源，傳播途徑，被干擾對象三方面解決，對于該產(chǎn)品，主要采用前兩種手段抑制。對于芯片內(nèi)部，我們現(xiàn)有的手段是無法消除干擾源，且該頻率是用于SPI 通訊，不能消除或抑制。因此切斷其干擾路徑是該產(chǎn)品最好的整改措施和方法，只要切斷與SPI 通訊模塊的通路，即可有效抑制空間輻射。

通過上述分析，在與SPI 通訊模塊相關(guān)的4 組輪速線束上串聯(lián)磁珠器件，位置緊靠芯片輸出引腳。用以抑制SPI 時鐘所產(chǎn)生的高次諧波信號。同時，在芯片的兩組供電通路中串入磁珠，切斷電源通路的干擾。整改實物圖片如圖7 所示。

通過前面的分析和整改，對該樣機進行重測，在30MHZ-200MHZ 不通過的頻段，已經(jīng)全部合格。可以看到100MHZ 以下噪聲全部被有效抑制。ABS 控制器樣機整改后輻射測試數(shù)據(jù)如圖8 所示。

6 結(jié)論

電磁兼容技術(shù)是一個非常廣泛且綜合了多門學科的技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電磁學、材料科學、電子學、空間物理學等等幾大科學技術(shù)領(lǐng)域。電磁兼容整改它包含了整個產(chǎn)品的電路原理設(shè)計、PCB 布局、元器件布局、元器件選擇、材料設(shè)計、空間結(jié)構(gòu)、接地與濾波設(shè)計、軟件程序控制等。在實踐的整改工作中，除了人員要擁有較強的電路設(shè)計分析能力和豐富的經(jīng)驗以外，還需要備配相應(yīng)的測量測試設(shè)備，以便輔助分析。很多技術(shù)人員認為，電磁兼容整改一定需要電波暗室，否則無法整改，其實在產(chǎn)品的整改過程中，只要恰當?shù)剡\用測量設(shè)備對比分析，沒有電暗室的情況下同樣可以很好地分析并解決產(chǎn)品的電磁兼容問題。[6][7]