解析汽车电子EMC大电流注入测试方法向线束激励方法的转变

林焯宏，吴 琼，翦文斌

（威凯检测技术有限公司，广州 510663）

引言

汽车的电磁环境复杂，为了验证汽车电子产品实际工作性能的可靠，在零部件测试时需尽可能模拟验证产品在车载安装下的电磁环境适应性。随着汽车工业的发展，大电流注入（BCI）测试的国际标准ISO 11452-4就汽车电子产品车载安装条件的发展变化，对测试的要求包括线束长度、强度等级均作了相应调整。

近年来射频技术、通讯技术的发展，使无线通讯的信号频率越来越高，汽车电子产品的电磁兼容测试亦需覆盖到更高的频率范围。就此，标准ISO 11452-4新增了管状电磁波耦合器（TWC）方法，以验证汽车电子产品在高频范围的抗干扰能力，并与大电流注入（BCI）方法一起统称为线束激励方法。测试频率范围从原来最高的400MHz扩大至3GHz，全面考核和验证汽车电子产品的抗扰性能。

1 大电流注入（BCI）测试的变化

大电流注入（BCI）方法分为替代法和闭环法两种。在新版ISO 11452-4:2011标准中BCI替代法的布置要求、线束长度、严酷等级相对于前一版本有了明显变化，且补充了关于多分支情况的测试规定；而BCI闭环法的布置要求基本不变，仅严酷等级要求做了相应调整，并补充了关于多分支情况的测试规定。新旧版本标准关于大电流注入（BCI）方法的差异细节如表1所示。

1.1 BCI替代法

大电流注入（BCI）方法的基本原理是：通过磁感应耦合的方式，在被测线束中产生骚扰电流，从而验证待测产品（DUT）对感生电流的抗扰能力。

由于BCI替代法试验顺序是：测试前在校准夹具验证电流注入探头所产生的骚扰电流达到要求后，再将电流探头钳于待测线束的指定位置，以校准得到的前向功率为准，对DUT施加干扰。测试过程中并不监控注 入电流强度，亦不再调整前向功率。因此，线束的长度、电流注入探头与DUT的相对距离都会影响骚扰电磁场在被测线束上的耦合程度。

进行BCI替代法测试应尽可能采用产品实际安装的线束及其长度。为了更好地模拟DUT在实际车载安装的情形，许多汽车生产厂的企业标准，都根据其汽车自身情况修订了BCI替代法测试时使用的线束长度。就车载安装的需要，对线束长度的规定多数为1～2m之间，如通用汽车的GMW3097、福特汽车的EMC-CS-2009等标准。

同样，国际标准需结合汽车制造企业实际的生产情况，更新BCI替代法待测线束长度的规定：标准ISO 11452-4:2011[3]将原来的1000±100mm，更改为1700（+300 / 0）mm，并规定待测线缆至少有1400mm是沿直线布置的。如此变化的目的是使测试布置更接近于实际安装情况，并使骚扰信号得到最大程度的耦合，以有效地验证DUT的抗扰能力。如图1～4所示。

标准增加了对DUT线束具有多分支情况的要求：若待测线束有多个分支线缆，电流注入探头需分别钳于各个分支的线缆单独进行测试，且要求电流注入探头与被测线缆外的其他线束垂直距离至少100mm。验证DUT在各分支线缆受到电磁骚扰情形下的抗扰能力。

针对BCI方法，ISO 11452 - 4:2011修改了前一个版本的严酷等级要求，将测试的范围划分为1～3MHz、3～200MHz、200～400MHz三个频段并做出相应调整。根据对车载情况的实际测量，线缆上耦合的感应电流在1～400MHz范围内呈现低频段和高频段较低、中间频段较高的趋势，因此严酷等级要求在1～3MHz频段以对数形式上升，3～200MHz保持恒定不变，200～400MHz则以对数形式下降，如图5所示。其严酷等级所列的注入电流值根据实际的测量计算和定义，共四个等级以供选择，车厂和供应商可根据实际情况决定使用的测试等级，以验证DUT对各类车载环境的适应性。

表1 大电流注入测试（BCI）差异内容比照

图1 测试线束长度1000mm布置照

图2 测试线束长度1700mm布置照

图3 ISO 11452-4:2011中BCI替代法测试布置俯视图[3]

图4 ISO 11452-4:2011中BCI替代法测试布置侧视图[3]

图5 BCI替代法严酷等级[3]

标准对于测试频率点的偏差做了进一步明确，其允许实际试验频率点偏离或改动，但与标准规定的最小步长频点的偏离不能超过0.5dB。

1.2 BCI闭环法

对BCI闭环法，国际标准ISO 11452-4:2011并未对前一版本的规定有太大修改，原因是BCI闭环法要对测试中的注入电流值进行实时监控。测试过程中可分为两种情况：1)通过监控的电流探头，可确定线缆中注入的干扰电流值达到了严酷等级要求；2)BCI测试系统的输出功率不断增加，但通过监控电流探头可知，注入到被测线缆的干扰电流值仍达不到严酷等级要求，则当系统输出功率达到预先定义的最大值，即满足等级要求并以此功率施加干扰。因此，待测线束长度对注入电流的耦合程度的影响就相对较低了，测试布置的规定并未有太大改变。

在试验的细节上标准作了进一步调整，如试验线束长度规定为1000（+200 / 0）mm，明确线束长度不能少于1000mm。标准强调了BCI闭环方法需保证待测线缆沿直线布置。

电流注入探头与电流测量探头距离DUT接口分别是900±10mm和50±10mm不变。标准加入了对待测线束具有多分支情况的规定：必须将电流注入探头和电流测量探头分别钳于各个分支线缆单独进行测试，且要求电流注入探头与被测线缆外的其他线束垂直距离至少100mm。

严酷等级要求与BCI替代法相同，将测试范围划分为1～3MHz、3～2 00MHz、200～400MHz三个频段做出相应调整，以验证DUT对车载环境的适应性。

2 TWC方法

2.1 基本概念

标准ISO 11452-4:2011中新增加TWC测试方法，并定义TWC为管状电磁波耦合器。TWC方法是利用耦合器将电磁波直接耦合到被测线束的原理实现电磁骚扰环境的模拟，主要针对工作频率较高的汽车电子产品的抗扰度测试。

2.2 适用范围

TWC方法主要目的是验证待测样品对400MHz以上频率范围的抗电磁骚扰能力，特别是频率高达1GHz以上的范围，如使用到GSM、UMTS、ISM等信号的产品。由于TWC方法应用的频率范围会受耦合器本身的特性所限制， TWC方法的典型应用范围是：400MHz～3GHz。

由于频率3GHz的波长为10cm，在实际中，待测样品DUT长度若小于10cm，或者已有完整屏蔽外壳的，高频的干扰信号主要是通过其线束耦合，TWC方法最适合用于这种DUT的测试。对于长度大于0.1m且没有完整屏蔽体的DUT，高频干扰信号可直接耦合到PCB板的可能性大大增加，则需考虑TWC方法是否适合。

2.3 试验布置

线束长度的要求类似于BCI替代法，标准ISO 11452-4:2011规定：TWC方法与BCI替代法DUT的待测线束长度都为1700（+300/-0）mm，且必须保证待测线缆至少有1400mm是沿直线布置。

如图6和图7，TWC放置在厚度为50±5mm的绝缘支撑垫物上，距离DUT接口为100±10mm，且TWC相连的50Ω电阻应与待测线束保持垂直距离大于200mm。信号发生输出连接到TWC靠近DUT的接口，另外的接口连接50Ω电阻。

TWC是两端相通的管状耦合器，通过转化信号发生器输出的信号，在其管道中心产生横向电磁波TEM，被测线束需穿过此管状耦合器布置。测试过程中，对DUT产生的电磁干扰主要有两种：一是，直接通过TWC耦合到待测线缆的横向电磁波TEM；二是，由DUT与耦合器之间的测试线缆向外辐射的离散场电磁骚扰。

2.4 测试方法

TWC测试使用替代法进行，以前向功率为参考进行校准和测试。

如图8所示，在测试之前需对TWC的参数较准：测量TWC放入校准夹具中的插入损耗，其中校准夹具阻抗特性为150Ω，测量步长不能超过ISO 11452-1中所定义的最大步长。校准夹具与校准分析仪间以宽频带的50Ω阻抗匹配网络连接，并对S参数的21S进行测量，计算插入损耗原理公式如下：

其中：

IL为TWC的插入损耗，单位dB；

F为校准夹具的修正参数，单位dB；

其中S21是校准网络的传输系数，计算原理如图9所示：

定义b1=S11a1+S12a2以及b2=S21a1+S22a2，当a2为校准夹具测量端时，则a2=0，得到：b1=S11a1和b2=S21a1，其中S11为反射系数，S21即是校准网络的传输参数。

校准确认后，根据校准的插入损耗和等级要求，计算测试所需要的前向功率：

其中：

图6 ISO 11452-4:2011中TWC方法测试布置俯视图[3]

图7 ISO 11452-4:2011中TWC方法测试布置侧视图[3]

图8 TWC方法校准布置图[3]

图9 校准网络传输参数定义[1]

Ptest为测试计划要求的测试功率，单位dBm；

Pforward为前向功率，单位dBm；

IL为TWC的插入损耗，单位dB；

以前向功率为准，对DUT施加电磁干扰，进行抗扰度测试。

2.5 等级要求

TWC方法的严酷等级将整体频率范围分成3段，并分别在400～1000MHz和1000～2000MHz频段对数下降，2000～3000MHz频段为恒定值。

TWC方法的信号调制方式依照ISO 11452-1规定，其试验频段较宽，从400～3000MHz，因此在800MHz以下频段应使用CW和AM调制方式，800MHz以上频段则使用CW和PM调制方式进行试验。

DUT的功能等级判定依据ISO 11452-1的FPSC规定，将DUT功能状态分为A、B、C、D、E五个等级，具体的DUT功能要求需要汽车生产厂与零部件供应商共同协商决定。

3 总结

通过ISO 11452-4:2011的研究发现，其最大变化在汽车电子产品的抗扰度测试实现了从大电流注入（BCI）方法向线束激励方法的转变。新标准更能切合汽车生产的实际情况，更具有真实性和归一性。BCI替代法的待测线缆长度更符合实际情况，且增加了多分支DUT线缆情况的测试要求，针对各个测试频段修改了相应的试验严酷等级，模拟车载环境中较真实、最严酷的条件。标准扩展了高频部分测试要求，提出了TWC测试方法，并给出TWC方法的具体细节和规定，有效保证了汽车电子产业在高频电磁性能的要求。

[1] ISO 11452-1:2005, Rod vehicles-component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 1: General principles and terminology[S].

[2] ISO 11452-4:2005, Road vehicles-component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 4: Bulk current injection (BCI)[S].

[3] ISO 11452-4:2011, Road vehicles-component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 4: Bulk current injection (BCI)[S].