【域控制器EMC】域控制器EMC设计总结

一：总结

汇总项目设计当中关于EMC的设计要点，主要从原理设计、Layout、结构、外设部分总结。

满足要求的器件和合理的电路能降低电磁干扰；

正确的布局、接地、信号路径、屏蔽等可以减少电磁辐射。

结构件设计也会对EMC性能产生影响

二：电路设计

2.1 瞬态电压抑制

        TVS可以保护后级电路，以免车辆启动、发动机点火、电源干扰或其他外部因素引起的瞬态电压脉冲的损害。

        TVS的特点是能够迅速的响应过压情况转移到地或其他低压端；正确使用TVS二极管可以有效增强电路稳定性和可靠性。

        采用TPSMC27CA+SLD8S24A并联的形式，可以满足大多数车企要求，需要具体关注的是TVS的钳位电压是否符合后级电路的供电范围，包括最大电压和最小电压。

       具体情况具体分析，TPSMC27CA+SLD8S24A并不是适用所有，此处只是做一个分析方便自己总结。

       分析ISO7637-2和ISO16750-2脉冲波形内容：

Pulse 1：

 与感性负载并联的设备在电源受到干扰后（感性负载断开）产生的浪涌波形。

 电压从正常工作电压降到 0V ，在 100us 之后施加衰退时间为 2ms ，尖峰值 -100V 的负脉冲，测试Setup中包括 10Ω 串阻以限制负脉冲的能量。

TPSMC27CA+SLD8S24A并联的形式可抗住-150V的负脉冲。

Pulse 2A：

Pulse 2A 定义电流瞬间注入待测电子设备引起正电压尖峰。当电子设备突然停止吸收电流时，存在线束中的电流由于感性不能突变，因此形成电压尖峰。如图所示，电源从正常工作电压在 1us 内上升到 112V，持续 0.05ms ，测试Setup中包括 2Ω 串阻以限制电压尖峰的能量

PULSE 2B
Pulse 2B 定义关闭点火器，使用直流电机作为电源时发生的状况，例如汽车熄火后加热器仍在工作，在自身停止旋转前，鼓风机电机可以在短时间内为系统提供直流电源。如图所示，电源从正常电压在 1ms 内降低到 0V ，持续 1ms 升高至 10V ，最终再缓慢下降到 0V 。

• PULSE 3A & 3B

Pulse 3A 和 3B 定义开关和继电器在操作过程中电弧放电引起的正/负电压尖峰。如图所示，测试Setup中包括 50Ω 串阻以限制电压尖峰的能量。

Pulse 5A 和 5B 

Load Dump 测试。如图所示，对于 Pulse 5A，ISO 16750-2 定义的上升沿为 10% (US-UA)  到 90% (US-UA) ，而 ISO 7637-2 定义的是 10% US 到 90% US；对于 Pulse 5B ，ISO 16750-2 和 ISO 7637-2 在 US 和 US* 的上升时间 tr 有细微的差别。

假设我们有一个Pulse 5a波形，其参数如下：

• 峰值电压 Vp​=87V

• 内阻 Ri​=0.5Ω

1. 计算脉冲电流：Ip​=87V/0.5ohm​=174A

2. 假设TVS的钳位电压为30V：Pppm​=30V×174A=5220W

因此，对于Pulse 5a波形，需要选择一个峰值脉冲功率大于5220W的TVS

2.2 电源输入电路设计

        域控产品在做CE和RE测试中，在150Khz-180MHz的频段中，经常会出现超限值问题，这可能是多种原因导致的。有电源线滤波设置不合理、电容电感器选择不当等。

        可以采用电容和电感组成一个π型滤波器，用来消除12V链路上的电磁噪声。该滤波器具有双向滤波的特性，电源端进来的瞬态脉冲、开关噪声以及时钟噪声都会被抑制。同时产品内部的开关噪声和时钟噪声也会被抑制。

2.3 开关电源的展频

        PMIC的展频技术，可以通过在较宽的频带上分散频谱能量。

三：信号端口设计

        3.1 CAN

        1、CAN网络在EMC设计中采用了成熟的方案设计，共模扼流圈和Y电容结合。

        2、其中共模扼流圈在宽频段范围内提供了足够的阻抗，用于抑制共模噪声。

        3、Y电容同样有消除共模噪声的作用，配共模扼流圈来增强噪声抑制效果，也可以通过调整电容值的大小来针对性的改善局部频点。

        3.2 ETH

        1、前端RC网络主要用于提供终端匹配阻抗，提高信号完整性

        2、串联电容用于交流耦合

        3、共模扼流圈用来抑制共模噪声和信号偏移引起的噪声

        

        3.3 POC网络

        1、POC的设计需要参考GMSL等串行方案的设计指南

        2、请确保滤波器在宽频带范围内有足够的阻抗，例如GMSL2在7MHz-3GHz阻抗大于1kohm

        3、不允许电源噪声通过滤波器传到信号传输线上

        4、部分camera上的噪声也会传到POC网络

四：layout布局规划

        1、12V滤波电路靠近连接器端口位置布置，推荐纵向布置方案。

        2、信号网络请靠近连接器端口位置布置

        3、功率电源的布置要求：远离连接器位置和易受到电源干扰的器件

        4、晶振做好保地处理

        5、在大功率器件、强干扰器件与滤波信号网络之间。做一个屏蔽隔离，提升EMI性能。

        6、时钟信号和高速敏感信号不建议走表层

        7、RST信号请远离强干扰源

        8、关键模块请提前规划合理的寂静区

        9、电源模块布置建议参考对应电源厂商推荐的布局设计指南

        10、要求对敏感线路进行近场电磁耦合仿真，推荐耦合噪声小于等于10mV

五、结构屏蔽设计

        屏蔽结构的设计是通过在PCB板周围设置屏蔽层，以衰减电磁辐射和干扰。

        1、屏蔽电场：通过导电材料反射或吸收电场

        2、屏蔽磁场：通过高磁导率材料吸收和引导磁场