如何提高车载CD机的EMC性能

一、背景

随着汽车电子技术的应用与发展，汽车更加智能化。人们希望汽车不仅仅只是一种代步工具，更希望汽车是生活和工作范围的一种延伸。随着数字技术的进步，汽车将进入车联网时代，汽车多媒体的反干扰措施也将更加科学与完善。

汽车的运行环境是十分恶略的，包括震动、冲击、高温、噪声、空间电磁环境等都会干扰车内电子设备的正常工作，因此车载专用的音响（多媒体）设备不论设计和工艺制造等方面的要求，都要比家用音响更为严格，而且价格更高。汽车音响的配置已成为衡量现在汽车内饰档次的主要标准之一。车载音响技术要注意的地方有四点：一是安装尺寸与技术，二是音响本身的避震技术，三是音质的处理技术，四是抗干扰技术。

汽车电子设备的广泛使用，车内空间电磁环境的日趋恶劣。汽车电磁兼容问题也愈发突出，汽车制造商对车载电子设备的电磁兼容性提出来更高的要求。我公司在给国内某客户研发的一款车载CD机在上海计量院进行EMC测试时，依据国际标准CISPER25-2002中三级标准要求，传导和辐射超标。依据国际标准ISO 11452用大电流注入法测试产品，产品的抗扰性（射频注入电流30mA,测试频带1MHZ-1GHZ）在三个工作模式（收音，CD,USB）在20-40MHZ这个频段出现啸叫。

二、原因分析

1.传导超标

经过传导测试，84.7这个频点超出标准要求5.45dB,在30MHZ到108MHZ频段也有较多频点。从原理上看，传导主要存在于近端的感应场中，分为电容耦合，电感耦合和电磁感应耦合，公共阻抗耦合。在CD工作模式下，存在的干扰源有：

①USB部分译码芯片的12MHZ晶振（这时个连续信号所以它的频谱是离散的），DSP处理部分的16.9344MHZ（连续信号，频谱是离散的）。

②基准晶振，D S P部分的高速缓存器的高速时钟（方波信号，重复频率为16.9344MHZ,上升沿较短，频谱能量丰富）。

③在DSP系统高速工作过程中的上升沿极短的各种高速脉冲。以及电路中的各种杂散信号（频谱能量连续，属于宽带干扰源）在电源线中和地线中由于公共阻抗而产生的无用噪声的耦合。这些干扰源，通过各种途径传导到电源线束上，从而可能对工作在这个频段的高灵敏度设备产生影响。

在测试现场，通过调整射频扫频接收机的带宽发现：在带宽的改变过程中，84.7MHZ信号的幅度变化不大，由此判断此传导干扰为窄带干扰。既然是窄带干扰，就排除了宽带的电路杂散产生的84.7.MHZ干扰能量超标的可能。

据以上分析，在试验室用频谱分析仪8590B测试电源线上（正和负极分别测试）84.7MHZ的干扰幅度。将USB译码部分的电源断掉，测试84.7MHZ的干扰仍然存在；将16.9344MHZ晶振的振荡幅度压低，84.7MHZ的干扰幅度也没有任何变化；将16.9344MHZ方波信号的上升沿由1nS调整到3nS,84.7MHZ干扰幅度降低了4dB,由此断定8 4 . 7 M H Z的干扰源肯定是频率为16.9344的方波信号。

经理论计算，16.9344MHZ信号的5次谐波正好是84.7MHZ,从理论上确定上述试验的准确性。

2.辐射超标

经过辐射测试，152.4MHZ频点的能量超标8.34dB,测试的整个频段也有较多的辐射点。当传输媒介满足辐射条件，干扰源就以电磁波的形式向外传播。当然辐射和传导也会相互转化。就是说信号先传导的形式传播，满足辐射条件时向外辐射。

或者电缆接收了干扰信号的能量，然后沿着电缆传导到机子的外部。

在测试现场，运用上述同样的方法，对可能引发干扰的信号进行逐一排除，发现152.4MHZ这个干扰仍然是窄带性质的，它超标8dB仍然是16.9344这个方波信号造成的（152.4MHZ是16.9344MHZ的9次谐波）。

3.大电流注入法测试时出现啸叫

测试时由大功率信号源产生的高频信号（调制信号1KHZ,调制度80%）。通过耦合钳耦合到机子的线束上，线束感应的高频干扰信号进入整机，经过非线性变换，将1KHZ调制音频信号，从扬声器上重放出来。

三、改进措施

1.对强辐射源152.4方波信号进行处理

①在152.4MHZ信号输出的位置加入磁珠（百兆阻抗为600Ω），这样减弱了方波信号中100MHZ以上部分的频谱的能量，经频谱仪测试，84.7MHZ和1524.MHZ的频谱能量比加入磁珠前减轻了4dB.

②然后在这个信号对地并联了一个56P的小电容，经频谱仪测试84.7和152.4MHZ的能量分别下降了2和3dB.

③在伺服板上这根信号线进行屏蔽，即这根印制线的两边都用接地铜皮包围，并有效接地，大大减少了对空间的辐射。

2.设备地线方面的处理

对主板进行重新布线，分出主板地和接口地，并在两个地之间用磁珠多点连接。

众所周知，铁氧体磁珠是铁镁合金和铁镆合金，具有很高的导磁率，等效于电阻和电感的并联。它在低频时主要呈电感特性，在高频下感抗很高，所以电流得以从电阻上流过，从而转化为热能消耗掉。

这样，它在较高的频率上呈现电阻，相当于品质因数很低的电感器，能在相当宽的频率范围内保持相当高的阻抗，从而提高了高频及射频的滤波能力。

加入磁珠后，增加了主板地和接口地在高频和射频频段的阻抗，.对84.7MHZ和152.4MHZ干扰信号通过地线这个公共阻抗产生的无用耦合降至最低。

3.电源及音频接口做滤波处理

如图1所示，在滤波器的输入端，两个102P的电容首先对外部的共模噪声进行旁路，然后经共模滤波器进一步抑制共模噪声。这个共模滤波器的共模及差模滤波特性如图2所示。

对于在1 0 M H Z直到1 G H Z宽频带范围内，共模阻抗保持在1KΩ左右。首先对20-40MHZ的干扰信号衰减较大。提高了抗干扰能力。滤波器的输入端及输出端为差模干扰抑制电容。同理，对于机子内部产生的窄带（84.7MHZ和152.4MHZ7）和宽频带噪声，同样也可以起到较大的抑制作用，从而防止它们尽可能少的通过线束传导到机子外部。滤波器的输入端及输出端为差模干扰抑制电容。

四、改进后效果

1.传导：改进后经传导测试，已经看不到84.7MHZ这个干扰频点了，在30MHZ到108MHZ这个频段的最大干扰频点的幅度也降到了10dB以下。

2 .辐射：改进后的辐射测试数据显示，152.4MHZ的能量已经下降了25dB之多。整个测试频段内干扰信号得到了抑制，完全满足指标要求。

3.大电流注入（30mA）：测试过程中全频段无啸叫出现。将干扰信号注入电流值增加到100mA,仍然没有听到机子出现啸叫。

五、结论

车载CD机产品设计能否满足EMC（电磁兼容）的要求，是依据国际标准CISPER25-2002中三级标准要求，进行传导和辐射的检测，并依据国际标准ISO 11452用大电流注入法检查和测试产品抗扰性（射频注入电流30mA,测试频带1MHZ-1GHZ,在收音，CD,USB三个工作模式状态下，检测产品在20-40MHZ的频段内是否出现啸叫。

辐射和传导会相互转化。当传输媒介满足辐射条件时，干扰源就以电磁波的形式向外传播。信号以传导的形式传播，当其满足辐射条件时将向外辐射。本案例中增加磁珠、并联电容和对信号线的屏蔽是抑制微处理器（DSP）基准晶振的谐波关键。

大电流注入对CD机的干扰源主要是来自于电源线和音频接口。在电源线和音频接口的输入端串入滤波电路并调整整机主板的地线能够非常有效的提升整机对大电流注入的抗扰性。