基于Lin Bus 低频电流法传导发射超标研究
2022-07-02曹德友李郎尼
曹德友， 李郎尼， 李 钱
（温州长江汽车电子有限公司， 浙江 温州 325000）
电流法传导发射 （CCE） 是CISPR 25中关于机动车零部件/模块的电磁辐射量测量方法之一， 主要通过电流探头测量线上的电流变化量。
EMI电流探头是一种卡式电流传感器， 专门用于测量线上 （单/多根电缆束） 的干扰电流。 测试时只需将它夹在被测线上而不需要与被测源导线导电接触， 也不用改变其电路。 这样复杂的导电系统/电子线路等的干扰测量就可以在不打乱其正常工作或正常布置的状态下进行。 探头夹在被测线上进行测量时， 被测导线充当变压器的初级， 次级则包含在电流探头中。 电流探头 （次级） 设计为可直接连接到系统的测试仪器上， 如接收机/频谱仪。 电流探头附加的屏蔽结构可以测量非对称 （共模） 干扰电流或对称 （差模） 干扰电流。
EMI接收机是测量干扰发射的一个主要仪器。 它实质上是一种选频测量仪， 能将由传感器输入的干扰信号中预先设定的频率分量以一定通频带选择出来， 予以现实和记录， 连续改变设定频率便能得到该信号的频谱。
本次实验依据SMTC 3800006—2013 电子电器零件、系统电磁兼容测试规范。 被测样件与模拟负载之间的线束长度为1700mm （+300mm/0mm）， 电流探头夹在所有线束（除电源线及搭铁线）， 分别测试距离样件50mm/750mm位置。
1 系统基础信息
公司开发的某上中控台开关电路框图如图1所示， 开关与DUT连接示意图如图2所示。 EMC测试中辐射发射超标，通过排查锁定主要因Lin Bus部分超标产生， 产品Lin Bus接口电路见图3。
图1 产品电路框图
图2 开关与DUT连接示意图
图3 LIN接口电路
2 LIN总线低频电流法传导发射超标现象
1） 试验测试1： 频段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13为220pF， C30不焊接， Load Box负载电容680pF。 分别对每根线进行电流检测， 数据见表1。 通过测试数据分析，产品以ILL+背光线和Lin Bus总线辐射发射超标为主， 其中Lin Bus线上占比较大， 因而本文主要针对Lin Bus进行分析和研究。
表1 试验数据1
2） 试验测试2： 如表2所示， Lin Bus不通信和通信对发射量影响显著， 通信时发射量显著增加 （如1组， 2组对比分析）。 通过调整负载端电容从33pF到4.7nF， 对发射量影响显著， 且容值越大， 发射值越高 （如1组， 3组， 4组，5组对比分析）； Lin Bus上采用π滤波器， 可以微调传导发射幅值 （如6组， 7组对比分析）。
表2 试验数据2
图4 测试数据
图5 测试数据
图6 测试数据
图7 测试数据
图8 测试数据
图9 测试数据
图10 测试数据
3） 试验测试3： 频段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13为220pF， C30不焊接， LoadBox负载电容33pF。 调整Lin Bus报文调度周期分别为100ms和300ms， 测试100ms时， 对应PK 最 大 值 为16.40dBuA， 300ms 时， 对 应PK 最 大 值 为11.95dBuA。 因而分析出通过报文调度周期由100ms调整为300ms， 发射量从16.40dBuA降低到11.95dBuA。
3 仿真模拟电路图
电流探头是一个宽带电流互感器， 其核心部分是一个分成两半环的高磁导率磁芯， 在磁芯上绕有n匝线圈， 放置在一个非磁性的金属壳体里， 被测电缆穿过磁芯探头， 在磁芯线圈上感应出电压， 通过BNC 或 者N 型 连接器输出到频谱仪或接收机。 结构模型如图11所示。
图11 电流探头结构模型
根据电流探头结构模型， 最终在接收机得到的是电流频域信号， 故在MATLAB的Simulink中建立主从节点信号仿真模拟电路图 （图12）， 测量LIN线上电流变化时域信号， 再通过傅里叶变换转化为频域信号。
图12 仿真模拟电路图
4 仿真电路验证
在进行LIN线上电流仿真前， 首先要先验证仿真电路的可靠性。 主要通过用示波器读取实际电路LIN电压波形， 再用此仿真电路仿真LIN电压波形。 对这两组数据在时域和频域图比较。 如图13所示， 红色线条为实际测试数据， 蓝色线条为仿真数据， 叠加对比电压波形基本一致， 验证了仿真电路模拟LIN主从节点传输信号的可行性。
图13 LIN电压波形仿真和实测比较
5 LIN总线上电流变化仿真
1） 通过设置仿真电路中不同负载电容容值， 对应测试获得电流时域数据傅里叶变换， 得到频域数据， 如图14所示。
图14 不同负载电容电流变化频域图
2） 为避免仿真数据较大， 提升仿真效率， 设定采用时间周期为500ms， 通过控制500ms内报文发送的个数， 来变相模拟报文调度周期 （如500ms， 250ms， 100ms）， 对应测试获得电流时域数据傅里叶变换， 得到频域数据， 如图15所示。
图15 发送不同个数报文电流变化频域图
通过以上频域数据分析， 仿真数据与实测数据规律一致。
6 结论
通过实物测试和仿真模拟， 获得初步结论如下。
1） 负载电容从4.7nF向33pF减小时， 对应频谱信号幅值有明显的下降， 因此通过调整负载电容容值， 可以明显改善Lin Bus EMC特性。
2） 通过改变或调整Lin Bus报文调度周期， 可以明显改善Lin Bus EMC特性； 周期越长， 频谱幅值越低。
基于以上方法， 提供了一种问题分析思路。 一般Lin Bus产品设计中， 通过调整磁珠FB1、 电容C13、 C30、 负载电容等参数 （细节上需要考虑TVS管节电容）， 结合优化PCB走线都能满足EMC CCE测试要求。 同时， 产品的设计需要符合诸如SAE_J2602、 客户LIN物理层规范或图纸要求，确保设计的产品通过客户的认可。
