汽车电子元件日趋复杂 优化EMC/EMI设计益形重要
- DIGITIMES企划
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汽车产品与一般3C产品不同，对于安全性的要求更为严苛，尤其在关乎安全性的主/被动安全电机设备，车用电子设备对电磁干扰、杂讯也需强化相对应的保护设计…
一般电子产品，经过电磁兼容性(electromagnetic compatibility；EMC)要求算是基本要件，而在汽车产业中，也因为电子零部件、行车电脑、主/被动安全微控制器、车用娱乐系统等资/通讯平台，部分系统设计还是与行车安全息息相关的重要功能模块，更需密切关注车用电子的电磁兼容性。
早期汽车制造商，在车用电子方面的设计需求仅止于主/被动安全与车用娱乐系统设计，电子元件或模块的设计量并不多，模块化的元件产品单纯，但随着环保油电混合动力车或纯电动车相继普及，加上车用娱乐设备功能性与复杂度增加，甚至目前如行车信息传感、车联网或是更先进的行车安全主动传感设备等车用配备增加，这类先进科技的电子构装模块若在环境相对复杂的车体内运作，在电源管理与安全要求上也会相对提升。
车用EMC要求严苛
在车用电子应用领域，原本就对多种电磁兼容性EMC规范采高标准要求，不只是规范与测试流程繁复，检测模块需针对原本功能的EMC状态进行繁复测试与验证，对于车上装载的其他电子设备或模块，在车用电子的EMC检测中也必须确保自身的设备不会导致其他周边设备出现电磁干扰(electromagnetic interference；EMI)或杂讯干扰问题，自身设备也必须能达到抵御周边环境/设备导致的EMI或环境杂讯影响。
以CISPR 25的标准检视，其实已有多项干扰与测试方法，同时也提供相对应的解决建议与设计限制。对于车用环境的高标准要求，尤其在电装品涉及驾驶或行车安全领域，对于电子构装模块的EMC/EMI要求会更高，一般车厂除采纳CISPR 25要求内容设置产品要求低标，也会针对车辆设计的特性自订更高的检测标准，补强原有CISPR 25未规范的部分，主要目的在于，让车用电子构装模块不仅能在极恶劣的车用环境稳定运行，也能透过完善的检测发现产品设计缺陷，透过改善设计加以补强，也避免相关检验未通过影响产品开发时程。
车用电装品实验室送测认证成本高 改善设计也能节省产品开发费用
以CISPR 25标准所要求的测试环境，对于检测实验室的电磁杂讯值必须较实际测试之最低值杂讯低6dB，检测环境的严苛要求目的在减少测试可能的环境变项，以其规范要求的条件在真实环境并不容易达成，必须采用特殊测试条件要求下的环境建置检测空间，满足CISPR 25标准的测试场要求，必须透过特殊电磁条件设计的空间建置测试用实验室，而测试空间在钢材、用料与墙面设计都有其要求规格，避免测试空间不会因为待测物的杂讯产生反射干扰，影响实际量测数据。
因此测试实验室在墙面会设置能吸收电磁干扰的特殊材质，这也导致测试实验室建置成本相当高，为了减省车用电装构件在检测程序上耗损的量测验证费用，最好的方法就是先在开发阶段就尽可能针对EMC/EMI议题优化设计，并透过高标准要求的自行检测条件先行验证，确认电子构装品或是模块已达到超越验证标准要求再行送标准检测实验室测试，以求最少送测试次数以降低验证取证成本。
电磁干扰源复杂 必须针对电路特性改善
另在电子构装品必要的检测项目，即电源供电系统、电子电路的大电流注入(Bulk current injection；BCI)测试程序，一般在ISO 11452-4测试标准下，会将大电流导入电子构装品上，进行验证电子产品的零组件受到电磁或是干扰信号的影响状况，电装品的干扰信号不只是会从既有的系统产生，并透过电子电路、供电电路传递影响相关电子设备，也可能自外部环境直接注入，透过电路导入电子电路中影响设备正常运作。
这对于多套设备模块共享部分电子电路的状况下，在电路间的杂讯干扰就特别容易产生交互影响与干扰问题，例如，使用同一等级低电压电源供应的车用电装品、行车信息电脑与引擎控制单元(Engine control unit；ECU)，若使用汽车底盘共享的接地(GND)极时，数码信号传递若无针对杂讯抑制、电源电路的杂讯干扰排除设计，就会导致电装品出现干扰现象，例如，车用DVD常见的LCD显示器边缘出现水波纹干扰现象等，为减少相关干扰影响，在电源电路就必须优化隔离设计，利用电感、电容等被动元件改善干扰问题。
高频数码电路越来越复杂 改善基础设计优化抵御干扰效果
而汽车电子数码化电子构装件越来越多，防电磁干扰设计也必须针对数码电子电路进行优化，例如，较复杂的数码系统设计，若有多个时脉同时在一个系统下运行，从电子电路中就必须针对芯片的电源接脚透过电容被动元件，使用旁路电容设置改善干扰问题，其中，较大的电容适合用来改善电路中的突波问题，例如突然骤增的电流，但如此一来对于高电容值对高频电路反而不利、将导致影响反应速度问题，而小型电容器对于防止骤增电流值效用较小，但实际却较不会导致高速信号传输，设置取舍仍需视电路状态与需求而定。
而要提供电路具更优异抵御EMI问题的阻抗条件，其实当高速信号在线路上传输时，若遭遇阻抗变化也会造成EMI问题处理因电路问题而趋于复杂化，一般仍可使用几个常见的设计方案改善电路的EMI问题。例如，信号线路避免出现锐角、直角，PCB板在数据传输线路使用圆弧的线路布局，有助于改善问题，至于如电源电缆线、连接点、高电压连接点、被动元件接脚等也须适度进行处理。另EMI问题改善最直接有效的方法就是增加屏蔽效果，理想的屏蔽效果为降低辐射产生可能的问题设计，同时再搭配强固与完善接地的金属屏蔽机壳，也能对电装产品的EMI问题获得有效改善。
