机动车MEMS压力传感器电磁兼容测试

陈得民 / 北京必创科技股份有限公司

机动车MEMS压力传感器电磁兼容测试

陈得民 / 北京必创科技股份有限公司

论述机动车压力传感器的电磁干扰（EMI）测试，主要进行辐射抗干扰测试和传导抗干扰测试。测试中，部分项目不符合要求，通过整改，达到测试标准。解读了相关机动车EMI测试标准，对类似机动车电子产品的测试人员和设计人员有一定参考价值。

MEMS压力传感器；测试；电磁兼容

0　引言

机动车MEMS压力传感器是将MEMS压力芯片BCPC1100、MEMS微处理器芯片BCPA1100以及外围电路集成在一体的模组，可以测试机动车机油压力、进气歧管压力等，也可用于燃气、冶金、航空、石化等领域液体、气体的绝压、表压及差压测试。MEMS压力芯片采用硅硅键合工艺及开口封装技术制造的压阻式传感器；MEMS微处理器芯片是针对电阻桥路式传感器信号设计的高精度AD转换器，可通过单线接口提供数字或模拟的测量输出信号。该压力传感器供电电源是5～30 VDC，输出是三线制0～5 V，0～10 V，或4～20 mA，外形结构如图1。

电磁兼容性是机动车电子产品性能的一项重要指标。压力传感器作为机动车动力系统的重要组成部分，其电磁兼容性的好坏直接关系到机动车安全及能耗。很多学者对关于机动车压力传感器电磁兼容设计进行了相关技术研究［1～3］，本文综合参考机动车压力传感器相关电磁兼容设计技术及测试标准，对MEMS压力传感器电磁兼容性能进行测试，对测试不通过的方面进行了整改，最终达到国家技术标准要求。

1　机动车MEMS压力传感器EMS要求

机动车MEMS压力传感器属于机动车电子设备，在QC/T 413-2002《机动车电气设备基本技术条件》中第3.9条规定了机动车电子电磁兼容性要求［4］，其中3.9.1条针对电磁抗扰性要求。根据行业标准及实际测试环境，机动车MEMS压力传感器电磁抗扰性（EMS）主要进行下列几项测试（表1）。

表1　机动车MEMS压力传感器EMS测试项目及参考标准

2　机动车MEMS压力传感器EMS测试

2.1机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法

2.1.1GB/T 17619-1998测试要求［5］

1）试验设备应能在本标准中规定的整个频率范围内产生所需试验信号，试验设备满足GB/T 6113.101-2008要求［6］。

2）频率范围：20 MHz ～ 1 GHz；至少14个频点进行：（27，45，65，90，120，150，190，230，280，380，450，600，750，900）MHz。

3）测试方法：带状线法、自由场法、TEM小室法、大电流法。目前常用机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性测量方法为自由场法和大电流法。

2.1.2机动车压力传感器电磁辐射抗扰性测试

2.1.2.1大电流测试方法

大电流注入法是利用电流注入探头，通过将电流直接感应到连接线束进行抗扰性试验的一种方法。注入电流的探头由一个耦合钳组成，被测的机动车MEMS压力传感器的电源线和信号线从耦合钳中穿过。试验时，改变注入电流感应信号的频率来进行抗干扰测试。被测的机动车MEMS压力传感器放置在接地的平板上（接地平板要求见9.3.2.1）。该测试方法试验设备布置结构如图2所示，测试条件如表2所示。

图2　大电流法试验设备布置

表2　大电流法测试条件

在注入电流感应信号频率大约为200 MHz时，信号线电压下降到0.31 V。

2.1.2.2自由场法

自由场法是将机动车MEMS压力传感器暴露于天线产生的辐射电磁场中进行试验。传感器所在位置即为参考点，选择适合的场发生装置（天线或面天线），使参考点在相应频率上获得符合要求的场强。场发生装置的结构和方向应使产生的场为极化场：20～1 000 MHz水平极化或垂直极化。用替代法建立试验场，在每个要求的试验频率，向场发生装置输入一定等级的功率以使在参考点产生所需要的场强。该测试方法试验设备布置结构如图3所示，测试条件如表3所示。

表3　自由场法测试条件

图3　自由场法试验设备布置

在注入电流感应信号频率大约为200 MHz时，信号线电压下降到0.33 V。

2.2压力传感器由传导和耦合引起的电骚扰

2.2.1电源线瞬态传导抗扰性测试

2.2.1.1电源线瞬态传导抗扰性

沿电源线的电瞬态传导测试参考ISO 7637-2-2011［7］。该标准规定了安装于乘用车及12 V 电气系统的轻型商用车或24 V 电气系统的商用车上的设备的传导电瞬态电磁兼容性测试的台架试验，包括瞬态注入和测量。根据机动车压力传感器实际情况，本次测试选择试验电压为：12 V系统，（12±0.2）V，并分别按下列8中试验脉冲进行测试，脉冲波形及详细方法见ISO 7637-2-2011，各脉冲波形参数见表4。

试验脉冲1：

脉冲1是模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象。它适用于各种电子设备在车辆上使用时，与感性负载保持直接并联的情况（如断开电扇、车窗、座椅的马达等）。试验装置如图4所示，当开关断开时脉冲1 发生，试验脉冲1波形参数指标如表5。

图 4 试验脉冲1设备布置

表4　沿电源线的电瞬态传导测试脉冲波形参数

表5　试验脉冲1波形参数

试验脉冲2a：

脉冲2a 模拟由于线束电感的原因，使与DUT并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象（如关断雨刷器的马达）。试验装置如图5所示，当负载开关（7）断开，同时点火开关（1）闭合时脉冲2a 发生。试验脉冲2a波形参数指标如表6。

图5　试验脉冲2a设备布置

表6　试验脉冲2a波形参数

根据开关的情况，重复时间t1可短些。使用短的重复时间可以缩短试验时间。

试验脉冲2b：

脉冲2b 模拟直流电机充当发电机，点火开关断开时的瞬态现象。试验装置如图6所示，当电机运行，同时点火开关（1）断开时脉冲2b 发生。试验脉冲2b波形参数指标如表7。

图6　试验脉冲2b设备布置

表7　试验脉冲2b波形参数

试验脉冲3a和3b：

脉冲3a和3b模拟由开关过程引起的瞬态现象。这些瞬态现象的特性受线束的分布电容和分布电感的影响（如门窗的驱动单元、喇叭或中控门锁系统等），试验装置如图7所示，试验脉冲2b波形参数指标如表8。

图7　试验脉冲3a和3b设备布置

试验脉冲4：

脉冲4 模拟内燃机起动电机电路通电时产生的电源电压的降低，不包括起动时的尖峰（如打开空调等）。试验装置如图8所示，当起动电机通电时，脉冲4 发生。试验脉冲4波形参数指标如表9。

表8　脉冲3a和3b波形参数

试验脉冲5a 和5b：

图8　试验脉冲4设备布置

表9　试验脉冲4波形参数指标

脉冲5a 和5b模拟抛负载瞬态现象，即模拟在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其他负载时产生的瞬态；抛负载的幅度取决于断开电池连接时，发电机的转速和发电机的励磁场强的大小。抛负载脉冲宽度主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。大多数新型交流发电机内部，抛负载幅度由于增加限幅二极管而受到抑制（箝位）。

抛负载可能产生的原因：电缆腐蚀、接触不良或发动机正在运转时，有意断开与电池的连接（如熔丝熔断、修理时人为断开蓄电池等）。试验装置如图9所示。

图9　试验脉冲5a 和5b设备布置

试验脉冲5a 和5b波形见ISO 7637-2-2011的图11和图12，波形参数指标见表10。

表10　试验脉冲5a 和5b波形参数

2.2.1.2测试结果（见表11）

表11　测试结果

2.2.2信号线瞬态传导干扰抗扰性

2.2.2.1测试方法

ISO 7637-3-2011规定的试验方法［8］，用于评价被测设备（EUT）对耦合到非电源电路（信号线）的电瞬态抗扰度。规定的试验脉冲包括：

（1）快速瞬态试验脉冲a和b（和ISO 7637-2 -2011中规定的试验脉冲3a和3b对应）：模拟开关过程产生的电瞬态。电瞬态的特性受线束的分布电容和电感的影响；

（2）低速瞬态试验脉冲（和ISO 7637-2-2011中规定的试验脉冲2a和2b类似）：模拟大电感负载电路中断出现的电瞬态，比如散热片马达、空调压缩机离合器等为负载。

ISO 7637-3-2011提供了三种方法：电容耦合钳（CCC）方法、直接电容耦合（DCC）方法和电感耦合钳（ICC）方法。根据实际测试情况，针对机动车压力传感器在进行快速脉冲a 和b测试时采用电容耦合钳，在进行慢速脉冲测试时采用电感耦合钳。

2.2.2.2测试结果

信号线没有出现电压跳动、跌落等现象。

3　结语

本文参照QC/T 413-2002对MEMS机动车压力传感器进行了电磁兼容实际测试。电磁辐射抗扰性测试采用BCI法和自由场法两种方式，在此两种测试条件下，辐射场频率施加到大约200 MHz时，压力传感器的信号线电压下降；对电源线和信号线分别做了传导抗扰性测试，问题主要出现在电源线抗扰性试验中。进行试验脉冲1、试验脉冲2a和试验脉冲2b测试时，信号线都出现问题，在进行试验脉冲5a和 5b测试时，压力传感器出现击穿。基于对机动车压力传感器电磁兼容的测试试验，对压力传感器做了屏蔽及电源电路滤波等设计，最终通过测试。

［1］ 李青霞，冷毅.汽车用油压传感器的电磁兼容设计［J］.仪表技术与传感器，2006，9： 10-12.

［2］ 崔宏敏，陈关君.压力传感器的电磁兼容设计［J］.传感器技术，2004（6）：27-29.

［3］ 王洪岩，王滨. 压力传感器的电磁干扰及其解决方法［J］.传感器技术，2000，19（5）：44-46.

［4］ 全国汽车标准化技术委员会.QC/T 413-2002［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［5］ 全国无线电干扰标准化技术委员会.GB/T 17619［S］.北京：中国标准出版社，1998.

［6］ 全国无线电干扰标准化技术委员会.GB/T 6113.1-1995［S］.北京：中国标准出版社，1995.

［7］ ISO. ISO 7637-2-2011［S］.Geneva， 2011.

［8］ ISO. ISO 7637-3-2011［S］. Geneva， 2011.

The EMC test of car MEMS pressure sensor

Chen Demin
（Beijing BeeTech Inc）

This paper discusses the EMI-test of motor vehicle pressuss sensor， mainly radiated immunity test and conducted immunity test. The process of testing， part of the test project is not in conformity with the requirements， through rectifcation， to meet the test standard requirements. At the same time， interpretated the relevant vehicle EMI test standard. This paper have some certain reference value for motor vehicle product testers.

MEMS pressure sensor； test； EMC