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汽车电子零部件的BCI试验与EMC整改措施

ZLG致远电子 来源:ZLG致远电子 作者:ZLG开发者社区 2022-06-23 15:24 次阅读

BCI试验是汽车电子零部件必须测试而又难以通过的试验项目之一,如果不够熟悉,就很难对问题进行有效定位及诊断,从而浪费大量的时间在不断尝试各种无效的整改措施。本文提供实际整改案例,以供大家共同学习。

汽车NFC进入/启动模块有什么功能,估计有一部分同学是不了解的,这里先简单介绍一下:简单来说就是,我们平时刷手机坐公交、坐地铁、开门禁这个过程,用的就是NFC近场通讯技术。而手机NFC车钥匙也很好理解,就是你以后开车再也不需要着拿着车钥匙了,只需要用手机NFC刷一下汽车的车门门禁,就能完成汽车的解锁或闭锁车门、点火启动车辆等全部操作了。

汽车电子零部件-BCI(大电流注入)试验

为了避免出现NFC钥匙不灵敏或受干扰的情况,汽车NFC进入模块往往需要进行多项相关的汽车电子零部件的EMC试验,而BCI(大电流注入)试验则是其中一项。也是许多汽车电子零部件必须通过又难以通过的EMC试验项目。可能有部分同学对汽车电子零部件的BCI(大电流注入)试验不是十分的了解,这里还是先作简单的介绍:大电流注入BCI法(Bulk Current Injection)试验是评估汽车电子零部件的辐射抗扰试验之一,试验场地一般在电磁屏蔽室中进行,其原理是BCI信号发生器通过BCI电流注入钳,将RF射频干扰(测试频段1MHz~400MHz,模式分为CW和AM)耦合到被测试的汽车零部件的线束上,然后RF射频干扰通过汽车线束耦合至被测试的汽车电子零部件上,BCI试验配置如下图所示。

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BCI试验异常现象

某型号NFC进入/启动模块(以下简称“NFC读卡模块”),依据上汽SMTC 3 800 006《电子电器零件/系统电磁兼容测试规范》标准,对NFC读卡模块进行射频抗干扰-大电流注入法(BCI)试验时,发现在12MHz~14MHz、24MHz~28MHz及150MHz~250MHz频段容易出现NFC读卡失败的情况。

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模拟BCI异常现象

由于公司EMC实验室暂无相关BCI试验设备,为了快速定位相关异常问题,考虑到BCI试验与CS射频场感应的传导骚扰抗扰度(IEC 61000-4-6)试验的干扰类似,于是采用CS试验对NFC读卡模块前期先进行摸底试验。试验方法如下:NFC读卡模块采用12V电池供电,将其接口线缆(共3根BAT+、GND和LIN)通过电磁耦合夹进行CS干扰(80%AM调制,1kHz正弦波调幅,试验频段150kHz~80MHz,试验等级10V)耦合。LIN信号线通过LIN转USB盒连接至笔记本电脑端,NFC卡通过3~4cm的亚克力板放置在NFC读卡模块上,笔记本电脑端采用上位机软件监控NFC读卡的情况。

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EMC风险分析

根据以上摸底试验的结果来分析,异常频段在12MHz~14MHz和24MHz~28MHz频段,通过查看NFC读卡模块的原理图和相关芯片的数据手册,发现干扰频段正好落在NFC读芯片的读卡频率13.56MHz及时钟频率27.12MHz上。

为了确定干扰的路径是以传导还是辐射为主,进行了以下的实验(实验现场如下图所示):将2#读卡模块的接口线缆通过电磁耦合夹进行耦合,2#读卡模块不上电,此时将1#读卡模块放置在2#读卡模块旁边约3cm~5cm距离,将1#读卡模块上电,并通过笔记本电脑测试上位机软件监控1#读卡模块的NFC读卡情况,对2#模块的接口线缆通过电磁耦合夹注入CS干扰,此时发现1#读卡模块仍然在12MHz~14MHz及24MHz~28MHz频段出现读卡失败的情况。当将1#读卡模块调整至2#读卡模块距离7cm以上时,1#读卡模块则不会受到CS的干扰。因此可以确定CS干扰主要通过空间辐射至1#读卡模块的读卡天线上,导致1#读卡模块出现NFC读卡失败的情况。

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EMC整改措施

针对上述近风险分析,对该产品分别进行以下的整改,具体整改措施如下表所示:

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经过上述整改后,至第三方实验室再次进行BCI试验,虽有部分频段有较为明显的改善,但依然在27MHz、56MHz、68MHz及190MHz等出现读卡失败的情况。后通过的CS试验发现,NFC读卡模块安装和不安装塑料外壳试验时,CS试验的试验结果差异比较大,试验结果如下表对比表格。

8dea8dae-f206-11ec-ba43-dac502259ad0.jpg

通过大量重复上述试验,试验结果一致,基本确定该塑料外壳对NFC读卡模块有明显的影响。查看该产品塑胶外壳的材料物性表,该塑料采用型号为BC 30 000000的PA6材料,其电气特性如下图所示。

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PA(聚酰胺),俗称尼龙,是工程塑料中常用的品种之一,通过查阅塑胶材料的相关网站和文献,PA6的分子结构中含有大量的酰胺基,其分子末端为胺基,是一种强极性聚合物,其强极性的特点使得PA6吸水率大而导致其介电常数较大。通常非极性塑胶材料,如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)等介电常数约为2~3。而强极性材料的PA6特别在吸湿后,其介电常数会明显增大。

而介电常数通常受三个因素(电场频率、温度和湿度)所影响,具体如下表所述。

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如上所述,当塑胶外壳的介电常数εr受CS或BCI干扰频率所影响而发生改变时,从而导致了PCB板材的特性阻抗Z0也同时发生变化,继而导致PCB上的NFC印制读卡天线的阻抗出现改变,最终导致NFC读卡出现失败的情况。其中PCB微带线的特性阻抗公式如下所示:

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EMC整改总结

1、对于汽车电子零部件进行BCI试验,可以在线缆接口处共模电感等滤波措施,可以有效减少高频BCI的传导干扰。

2、EMC整改除了硬件措施的整改外,还可以调整敏感芯片或mcu芯片的寄存器参数或软件算法,来提高系统的抗干扰能力。

3、产品的EMC性能很多时候体现在很不起眼的设计细节上,如本案例的外壳材料的选择上,电子工程师往往很容易忽略,导致EMC问题难以定位或解决。

原文标题:【Z站推荐】EMC整改案例:汽车NFC进入模块BCI整改

文章出处:【微信公众号:ZLG致远电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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