行车安全摆第一 车辆EMI问题不可轻忽

　　目前车辆产业蓬勃发展，对于车辆之舒适性、便利性及安全性都相当讲究，并与各电子、电机产业相继结合使用，因此有许许多多的车辆电子电机产品如3C产品、通讯产品、电动马达、影音系统、车载信息与通讯系统，或是主、被动安全系统如电动转向系统、防撞雷达、视线盲区侦测器等等都被广泛使用，甚至成为标准配备且以系统化方式整合于车辆内，发展出所谓汽车电子产品。

　　这些汽车电子产品以现今发展趋势来看，已经不只是以往的单一功能，而是多种功能的系统。此类系统产品复合性功能越来越强大且传输速度越来越快，系统内部电子线路也越来越密集与复杂，而所产生的车辆电磁干扰（EMI）主要来源往往都是存在于车内电子产品内，使车辆产生较以往更严重的电磁干扰问题，将直接或间接藉由车辆连接线路影响整车系统。

　　如果不适当解决电磁干扰问题，不仅容易使内部电装部品相互干扰，更会危及到行车安全，因此车辆电磁干扰问题变成了设计上的主要工作及挑战。除了产品功能性提高且对电路设计的技术水准要求越来越高外，也必须开始对产品中各个印刷电路板（PCB）与电路上集成电路（IC）的电磁干扰问题，展开研究及利用量测技术加以防制。

　　正视汽车电子产品EMI问题

　　以往解决这些车辆电磁干扰的问题，往往是都是当车辆设计完成并组装后经过整车测试，才发现存在不少电磁干扰问题，因此盲目针对车内有可能造成电磁干扰问题之电装部品进行抑制对策，而缺少全盘系统性的整车电磁干扰设计规画，以至于无法有共通性及有效地解决电磁辐射问题，甚至越趋于严重。

　　车辆在解决电磁干扰问题方面，需要在设计单一功能电路或整合系统之初即考虑电磁干扰问题，并加以因应或是降低干扰源。事先的防范比完成开发后进行补救所花费的成本更为降低。

　　目前车辆中心协助厂商进行整车改良时，将电磁干扰问题主要区分为通讯类产品中的「无线通信系统干扰」、进行PCB板布局（Layout）时的「电路 PCB板电磁干扰」、电子零件本身的「主被动电子零件电磁干扰」及电源输入端上所带来的「电源干扰」四种，这些都是会发生在车辆上的电磁干扰原因且较严重。

　　? 无线通信系统干扰

　　随着无线通信的产品发展与应用，逐渐地导入车辆电子产品的范畴，各个系统之间皆会产生干扰噪声而造成本体或是其他通讯频段的讯号接收与传输性能不良，如数据速率（Data Rate）降低、传输距离变短等可能问题。此种无线通信的载台噪声（Platform Noise）主要因为多个意图发射的组件或模块一起紧密建置于系统内时，同时动作或是在设计不良的情况下所造成互相干扰。其干扰源已经造成电装部品与电装部品或是系统与系统之间的电磁干扰问题，严重的话，更会影响到系统内功能模块与模块之间的传输效率降低。因此，针对数字无线通信产品除了应加强降低本身产生噪声外，并且须进一步透过仪器及仿真软件对本身系统平台（如中央处理器、内存）、外部连接器（如USB）和内部无线芯片组/模块（如802.11a/b /g/n、蓝牙、GPS）加以分析计算，找出较佳的电路设计与传输路径，避免相互干扰，尽可能将干扰程度降低。

　　? 电路PCB板的电磁干扰

　　目前车用电子产品功能性复杂化且操作频率不断地提高，印刷电路板由早期的单面板演变成多层板，体积也由大变小，可进行布局空间及主被动电子零件摆放位置不足，使电路中的单位密度组件增加，造成印刷电路板的电磁干扰问题越来越严重。在多元及系统化功能的设计之下，电路上增加相当多的主动性组件，如振荡器、微控制器（MCU）等等，且传输速度及数据增加，工作频率上升，所造成电磁干扰现象也愈来越大。此外，过去的单一方向模拟传输讯号，转变成数字差模传输，如 CAN及RF PCB传输线，也逐渐在车用产品上被大量采用。所以，印刷电路板上干扰问题须透过组件适当摆置、合理导线布置及接地系统设计、讯号频型的区隔等方式，进一步进行优化设计，如利用印刷电路板仿真软件进行系统化分析，藉此修改布局的走线方式。

　　? 主被动电子零件电磁干扰

　　目前车用IC功能越来越强、操作速度越来越快、应用越来越广泛，使得目前信息通讯与车辆产业在系统整合时所造成的电磁干扰问题也越来越严重，IC电路已成为车用电子系统之整体电磁干扰的主要来源之一，使用系统芯片来实现整合混合讯号（Mixed-signal）功能与高速I/O接口将是未来趋势，同时由于低电压制程技术的普及，IC经封装后，使得IC内部系统与芯片层级的讯号与电源完整性易受到电磁噪声干扰。因此在开发设计产品时，如能要求芯片厂提供IC 电磁干扰数据参考，并选用低噪声的IC组件，将可减小后续带来的电磁干扰问题。

　　? 电源干扰

　　目前车辆各种电装部品，都各自设计所属专用电源，耗电量较大之电装部品采用切换式电源设计方式，如利用脉冲宽度调变（PWM）IC驱动金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）达到可调变及稳定电压供给产品使用，但在电压的转换过程中，因为高速的电压切换频率及由PWM IC基频所引起的谐波噪声，这些噪声就是主要的电磁干扰来源，会经由本体或线路以辐射或传导方式，造成产品电磁干扰问题，最典型例子就是电动车上的直流对直流（DC-DC）转换器，主要的功能为高电压转成低电压供给车内部品使用，而于整车电磁干扰测试时易受到因直流对直流转换器零部品而造成量测值过高现象 （图1）。因此，不管是车内电装部品或是单独的车用电源转换器，在电源端的电路设计加入适当滤波对策组件（如一、二阶以上的π型滤波器、电容、电感等）或是屏蔽以防止电源噪声，都能有效降低产品电磁干扰

　　

　　图1　由直流对直流转换器产生的干扰值

　　揪出整车电磁干扰来源

　　由上述得知，现代电子技术在车辆上的大量使用，各种3C、通讯及影音等多样化产品已占据车辆总成本的40%以上，甚至更多，并且车用电子通讯设备日渐普及化，宽带时代的定位系统、天线、自动停车系统、多媒体娱乐系统、车载信息整合、远距离医疗、自动转向等高科技的电子产品都成为车内配备。

　　另一重要环节就是行车安全部分，主被动安全系统的电子产品开发，也成为车辆标准配备之一。车用电子开发技术或是各种车种的开发与应用，提升了车辆的性能及价值，也大大满足人类需求上的方便性、舒适性，同时也带来日渐严重及复杂电磁干扰问题。

　　在车辆狭小空间中存在不同类型电装部品，彼此之间就很容易相互产生电磁干扰，不是成为干扰源，就是被干扰导致丧失主要功能性，因此如何找寻电磁干扰源，并且达成符合电磁干扰规范要求，是目前主要须克服的难题之一。

　　现今***法规已执行的车辆电磁兼容验证法规，为交通部「车辆安全检测基准第五十六之一、电磁兼容性」（以下简称56-1法规），内容包含各种车辆之测试方法，且在辐射干扰测试上共分两大类，包含宽带干扰与窄频干扰。

　　依据56-1法规定义，车辆在测试过程中必须开启车辆引擎或是车辆内电装零部品进行测试， 如表1所示分类。

　　? 宽带干扰测试

　　主要为开启车辆的引擎、点火系统、电动马达、等进行测试，量测出由电动机内之换相装置因接触通电而发生的干扰，如有刷马达在换向过程是极快速之电流及电压的变换，而产生宽带干扰。

　　? 窄频干扰测试

　　主要开启车辆上具有数字讯号或是通讯系统的电装部品，如影音系统或抬头显示器等进行测试，目的在于量测出由高速数字回路的0与1高速交换所引发的窄频干扰。上述此两种噪声干扰都会经由辐射或传导的方式相互影响，并产生不可预期的电磁干扰异常现象。

　　在执行整车电磁干扰测试时，车辆宽窄频干扰测试的量测方式不同，而车辆的动力因驱动方式不同，设定测试条件参数亦会不同，如以内燃机为动力的车辆，量测时车辆引擎转速须视汽缸数量来区分，如表2设定条件。

　　

　　以电动车辆进行量测时，动力驱动系统中的电动马达运转须定速40km/h。而窄频噪声测试主要量测由车上内部电装部品中微处理器电路或是窄频发射源，如灯具、仪表板等，所产生的窄频电磁扰动且引擎为静止状态，如表3所示。

　　

　　图2　整车量测配置示意图

　　车辆中心整车电磁兼容（EMC）实验室整车电磁干扰的量测天线距车辆为10公尺（m），并对准车辆引擎中心进行测试，如图2为整车量测配置示意图，其检测基准的宽窄频辐射干扰限制值如图3所示。

　　

　　图3　车辆内装系统的发展

　　对症下药 排除EMI

　　

　　图4　电磁干扰改良验证流程

　　由上述所提到车辆内部加载众多电装部品，但要在这些电装部品中分辨出辐射干扰较高的部品并加以防制，以符合整车电磁干扰规范的要求，须先进行整车电磁干扰量测；在测试结果中如有宽带与窄频之量测值超出限制值时，可利用图4之电磁干扰改良验证流程中步骤1～3，先行找出辐射干扰的电装部品再进行改良。此验证流程主要是以车内电装部品电源开启的时间不同，而进行量测测试分析，或是利用零组件测试结果进行分析，皆可有效找出相对应干扰源的电装部品。

　　在进行整车电磁干扰测试后，常有量测结果超出限制值时，必须寻找干扰源并进行改良，其改良的手法不外乎使用隔离、屏蔽，但往往都是治标不治本，对于往后量产造成困扰。

　　

　　图5　车厂电装部品开发流程

　　为了能简单且有效解决电磁干扰问题，及确保电装部品电磁干扰特性，正规车厂均会参考各市场或是法规、标准等试验方法，自行制定更严谨及符合车厂需求之车辆零组件测试标准，并要求零组件厂商进行测试，进而确认产品符合相关电磁干扰特性要求（图5），以便未来进行整车开发与测试时，可降低系统问题与解决问题时之参考依据，如图6所示的车辆开发流程。

　　

　　图6　车辆开发流程

　　EMC实验室提供对策良方

　　由上述得知，车辆电磁兼容问题存在整车系统或是车内单一电装部品，一般而言都必须经由 相当测试验证后，才可以得知干扰源，而测试方法须依循法规或国际标准，使产品获得重要的认证及产品电磁兼容特性要求，因此具有车厂认可、执行法规及设备完善的电磁兼容实验室更显得重要性。

　　车辆中心于2003年首先完成车辆零组件验证实验室能量后，已陆续获得交通部、全国认证基金会（TAF）、德国TUV、西班牙IDIADA、美国 A2LA与美国三大车厂（GM、Ford、Chrysler）认可实验室，于2013年，更进一步完成大巴士等级整车电磁兼容实验室建置，加入国内整车电磁兼容检测服务行列，故车辆中心从车辆零组件至各类型车辆都有完善的测试验证能量。实验室并提供先进改良诊断设备与装置可让客户使用及利用，如光电转换器、示波器、网络分析仪、印刷电路板扫描仪（PCB Scanner）等等。

　　车辆中心于车用产品电磁兼容问题改良上亦有丰富经验及成果，包含车用多媒体主机、电动机车、电动车等，因此电磁兼容改良工程师可协助提供客户测试咨询、产品侦错及改良建议，并可提供电磁仿真软件先为客户的产品进行分析后，再进一步改良，解决电磁干扰问题。

　　汽车相关电子产品需求大增，车辆电装部品及整车的电磁兼容测试更显重要，现今透过车辆研究中心的整车/零组件电磁兼容实验室，可提供整体从产品开发到验证完整测试，及产品侦错改良技术咨询与对策方案，有助于提升厂商自主技术的建立与经验，并可节省研发及测试时间，降低开发测试成本，以掌握产品上市的时效性，争取更多订单。

　　在国际上，车辆电磁兼容皆已有相关法规及标准等规定，因此成为车辆发展的重点项目之一，不管是整车或是电装部品都须透过完善的实验室测试，以确保符合相关规范的限制要求，以保障驾驶人行车安全。