汽车及车载电子设备的EMC标准以及系统实现.docx
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汽车及车载电子设备的EMC标准以及系统实现
汽车及车载电子设备的EMC标准以及系统实现
作者：
罗德与施瓦瓷公司海军金顺
摘要：
本文介绍了汽车及其车载电子设备的EMC标准，以及符合测试标准的EMC测试系统。
关键词：
汽车、EMC、标准、测试系统
目前在汽车及车载电子设备EMC测试领域，其标准主要有以下几类：
汽车电磁兼容国际标准，如ISO、CISPR等；欧洲汽车电磁兼容标准；美国汽车工程学会（SAE）电磁兼容标准等。
当然，相对比较发达的大的汽车原厂，有自己的EMC测试标准和规。
我们国家的汽车行业在近年发展较快，但是总体来讲我国在汽车电磁兼容测试标准和规方面的发展相对滞后，不过近几年的相关标准的更新以及新标准的发布，都证明了在标准制定方面的快速发展，以同步国汽车行业的发展。
对于原厂测试规，各厂商的侧重点有所不同，有的厂商注重汽车电子设备的EMC及其安全性能，有的厂商则注重于汽车EMC及其机械性能。
然而，随着汽车市场的国际化，汽车原厂在EMC标准及规方面有统一的趋势，以国际标准 CISPR 和ISO 作为设计规参考。
对于国的汽车工业要走向国际化市场，需要对这方面的发展和变化作以跟踪，以适应其标准，这样才会在竞争中处于有利地位。
随着科技的发展，汽车业的强劲增长，车载电子设备的增加，汽车EMC设计标准和规就扮演着极为重要的角色。
现在， 汽车里的多媒体娱乐，蓝牙通讯，卫星定位，刹车，安全气囊等系统都有可能对外界发出干扰信号，或者汽车进入强干扰区，因车载电子系统过于敏感而导致操作失灵，轻则造成驾驶不便，重则导致车祸，危及生命安全。
所以，汽车电子电磁兼容包括干扰测试（EMI）和抗扰度测试（EMS），两种测试都含有辐射及传导的测量要求。
基于上述标准和规的发展趋势、汽车及车载电子设备EMC性能的要求，更加突出了ISO和CISPR标准的重要性，下面就是相关的主要测试标准和规。
对于汽车整车测试标准，有ISO 11451和CISPR 12，其中标准ISO11451分为ISO 11451-1-2000 《道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.车辆试验方法.第1部分:
总则和定义》，ISO 11451-2-2000 《道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.车辆试验方法.第2部分:
终止车辆辐射源》；而对应于标准CISPR12：
1997，被国等同采用，对应的国标为GB 14023-2000《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》。
对于汽车零部件测试标准，有 ISO 11452和CISPR 25，其中标准ISO11452分为ISO 11452-1-2000 《道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.部件试验方法.第1部分:
总则和定义》，ISO 11452-2-2000 《道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.部件试验方法.第2部分:
吸收电磁室》；而对应于标准CISPR25：
1995，被国等同采用，对应的国标为GB 18655-2002 《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》。
只有根据车辆限值进行的整车试验才能被用于最终评价零部件的兼容性，因此部分标准对车辆和零部件的EMC性能提出了共同要求。
CISPR 12 和CISPR 25 是针对汽车和车载电子的骚扰特性的测量规。
容涵盖了辐射及传导测试以及各项测试的方法要求、测试布置、极限等。
辐射测试主要是针对汽车及其车载设备，对于辐射测试，通过接收天线和测试接收机来进行测试。
频率为150kHz －1GHz，并且这一测试频率的上限要进一步扩展，1GHz－18GHz频段的测量方在考虑中。
传导测试则根据被测产品供电的电源线及其回线的长度的不同， 作出不同的测试布置。
为了强调汽车的安全，在汽车EMC 测试中，其抗扰度测试（EMS）标准的设计和规显得更为重要。
ISO 11451 和ISO 11452 是针对汽车与车载电子进行的抗扰度性能的标准和规。
其中，辐射抗扰度和大电流注入为连续波抗扰度。
辐射抗扰度以一米的测试距离向测试产品施加场强，根据不同的测试等级，其场强要求不同，频率从10kHz －18 GHz，而不同等级的场强意味着被测件在紧急情况下，在汽车安全方面所呈现的重要性。
换句话说，越是对安全有直接和重大影响的被测件，场强的要求就越高，一般都从100V/m 或200V/m 开始。
大电流注入法（BCI）， 一般都做到400MHz, 注入电流为100mA－200mA，采用功率放大器放大的信号加到注入钳上，有分开环或闭环测试。
根据测试要求，整车的辐射抗扰度测试要在暗室进行，而部件的辐射抗扰度测试相对灵活，可以在暗室、带状线或者TEM小室进行相关的测试。
总体来看，汽车与汽车电子市场在消费者需求的驱动下， 将强劲地增长，同时会带动其它电子产业，而汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的需求之一 。
所以，汽车电子电磁兼容是一项极为重要，不可忽视的领域。
不论是以市场，经济或技术角度来看，它都是极有吸引力的。
针对汽车及车载电子设备的EMC要求，依据ISO以及CISPR的相关标准，罗德与施瓦茨公司提供了相应的EMC测试系统解决方案，完全能够满足汽车及车载电子设备的EMC性能测试要求。
其对应的EMC测试系统为R&S® TS9994，现将其测试系统简介如下：
汽车及车载电子设备的EMC测试系统：
R&S® TS9994
主要特性：
◆ 符合汽车EMC测试标准
◆ 模块化系统设计
- 有多种模块备选
- 适应未来需求的开放式设计
- 可升级到完全符合认证的测试系统
◆ 研发实验室的理想选择
- 结构紧凑的系统设计
- 不需要特殊的基础设施
◆ 抗扰度（EMS） 9kHz到2.5GHz,可达200V/m
◆ 发射（EMI） 9kHz 到3GHz
◆ 传导和辐射测量
◆ 覆盖了当前和未来的无线波段
◆ 成熟的解决方案
◆ 测试软件R&S®EMC32
- 图形化操作的设计思想（虚拟设备）
- 直观的用户指导
应用围
EMC测试系统R&S® TS9994可以在下列汽车零部件标准所规定的频率围和限定值，进行测量：
ISO11452、CISPR25与SAE J1113.由于采用了模块化的设计，R&S® TS9994可以在后期升级到一个完全符合认证的测试系统。
灵活的扩展性
用户可以根据自己的的需求，选择不同等级所对应的EMC扩展系统：
等级 描述
1 辐射发射（EMI）9kHz 到3GHz发射（EMI）
2 辐射9kHz 到3GHz传导10kHz 到108MHz
3 辐射敏感度（EMS）9kHz 到1GHz敏感度
4 辐射9kHz 到1GHz传导1MHz到400MHz（BCI）
5 辐射＋传导EMC 等级2 和4 的组合辐射敏感度（EMS）
6 1.7GHz到2.5GHz 等级4 和5 的扩充
等级6 是在GHz 围，对当前和未来无线服务（GSM，UMTS，Bluetooth等）的EMS测试的一个扩展。
测试系统软件R&S® EMC32
测试软件R&S® EMC32 是系统的一部分，它易于操作且界面直观。
实现了手动和全自动测试的完美结合。
EUT 监控
系统提供了几种进行EUT 监控的替代方案：
◆ 通过IEEE/IEC 或RS-232-C 接口
◆ 模拟和数字I/O 板（NI）
EMC是ElectroMagneticCompatibility的缩写，即电磁兼容。
顺便说一句，我国CCC认证标志后带EMC字母的才表示电磁兼容认证
我们看电视的时候，如果旁边有人使用电吹风或电剃须刀之类的家用电器，屏幕上会出现令人烦感的雪花条纹。
电饭锅煮不熟米饭，明明关闭了的空调器，过一会却又自己启动……这些都是常见到的电磁干扰现象。
更为严重的是，如果电磁干扰信号妨碍了正在监视病情的医疗电子设备或正在飞行的飞机时，则会造成不堪设想的后果。
电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
因此，EMC包括两个方面的要求：
一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。
所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。
而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。
EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。
EMC测试的三个原则：
计划，计划再计划
如果在新产品开始设计之前，你能花费一点儿时间到几个EMC测试实验室看一看，你可以了解到什么呢?
那里的专家们将会帮你如何使你的产品符合市场要求，同时又帮助你节约时间和金钱。
我们询问过几位专家，对来访者，他们会说些什么呢。
下面就是他们的回答。
建议包括：
制定，EMC的相容性、产品设计的兼容性、预测试、安排实验室测试阶段以及重做时间等等。
找一个EMC培训班
在新产品设计之前，值得优先考虑的一件事情是去参加由EMC专家主持的在某个检测实验室举办的培训班。
DLS电子系统公司的总经理布雷恩·马特森说：
“我们建议所有的设计工程师都应该接受EMC技术的培训，这可以通过继续教青课程来实现。
”
他说：
“培训使设计者们了解有关EMC测试技术的知识以及实用的设计技术，以帮助他们通过未来的预合格测试和合格测试。
然后在设计的先期阶段，通过EMC实验室的服务，研究测试计划和方法以使测试获得成功。
”
测试准备
EMC测试实验室希望你的产品能够顺利通过他们的测试。
当然，并不是每次都能如愿。
但是你可以增加你成功的机会。
Trace实验室的高级工程师布鲁斯·柯里先生提议，应该在设计PCB板（印刷电路板）和机壳之前就必须考虑EMC的要求。
安排测试之前参观一下实验室，定义错误模式，并确定监控性能的最佳方式。
TCVRheinland公司的EMC项目经理蒂姆·德威耶先生特别提到，在测试计划中应该让实验室成为你的合作伙伴。
蒂姆·德威耶先生解释说：
“在设计时就应该为滤波器、屏蔽和接地元件留有余地，以帮助产品合格。
将这些元件带到测试实验室备用。
即使最终证明没有必要，它们仍然是一种有益的投资。
”
大多数测试实验室有规的准备工作核对清单。
利用它作为测试方式、操作时间、配置、附件、支持设备及电缆等各方面的提示。
Elliontt实验室的技术主管托马斯·帕克先生提醒我们：
“了解你的产品打算销售到何处，并掌握该市场所在地采用的测试标准。
计划如何对付官方的障碍，确定最难通过的测试项目。
最初应该尽可能多的采取措施以符合EMC的要求，然后再删除你认为不必要的措施。
”
NorthwestEMC的总经理迪安·戈海森先生把对无线发射机性能的严格规定作为复杂标准的例子，以及对实验室有重大的潜在影响的例子。
迪安·戈海森先生说：
“在开发测试项目之前，实验室必须对标准的要求具有透彻的理解。
包括了解所有计划生产该产品的国家，以及研究这些国家的测试要求。
”
与测试实验室合作，让你的产品能够在当地实现预期的工作模式，并提供所有的外设和电缆。
Garwood公司EMC实验室总监埃里克·恩盖耶先生解释道：
“您要确保设备在实验室接收之前运转正常，告诉实验室人员该设备如何构成及其功能。
还得留出时间来解决测试过程中发现的问题。
”
在测试现场没有弄虚作假的情况。
合格的产品每次都能通过测试，不合格的产品则无法通过。
U.S.Technologies公司市场销售部主任斯科特·普劳菲特先生说：
“你必须把电磁兼容性设计到产品之中，而没有其他捷径可走。
”斯科特·普劳菲特先生和其他一些专家已经见过很多因忘记这一事实而苦恼的设计者。
抢先一步
如果在设计过程中能够对产品进行粗略的预合格测试，可以大大提高该产品在独立实验室通过EMC测试的可能性。
这些测试并不十分昂贵，而且从长远来看还可以节约时间和金钱，并且可以免除你的后顾之忧。
普劳菲特先生认为，不能忽视你所选择的EMC测试实验室，预合格测试应该在实验室的指导下进行。
他说：
“你可以在实验室和产地分别对产品进行测试，并比较测试结果。
当然，在两个地点的测试结果并不是想象中的完全相同，因为在两个实验场地的反射和环境噪声各不相同。
正确规划的预合格测试通常能帮您通过产品检测。
”
有些时候，你可能试图省略预合格测试来缩短产品占领市场的时间。
这不是一个明智的想法。
TUVRheinland公司德威耶先生提醒道：
“这样做通常会出现适得其反的结果。
因为在预合格测试中发现的问题，可能需要重新设计、重新改造以及重新测试才能解决。
我们鼓励客户在设计阶段就向我们咨询，并尽早用一台样机甚至是一个相似的产品实施预合格测试。
延长计划是没有必要的，我们可以实施很有益的抗扰度和发射预测试，并预付适当的费用。
”
U.S.Technologies公司普劳菲特先生继续对这一主题发表看法：
“当然，后来所做的修改会使先前的测试数据无效。
但是，这些测试数据有助于产品的进一步改进。
”
对设备的挑战
请记住，你的产品测试要求只是众多要求中的二种。
在EMC实验室中每个测试流程都是唯一的。
有些测试流程是简单的、麻烦较少的，而有些则具有非常有趣的挑战性一一有时甚至是难题。
例如，一个超大型的系统会使测试实验室的工程师们费尽心机。
马特森先生讲述了DLSElmtronicSystems公司对上述难题的一些处理方法。
“为了在开阔场地进行测试，我们建造两座很大的带侧楼的大楼，我们还安装了承重达16000磅的大型转台，为敏感度测试购置了一座带有9间屏蔽室的大楼。
另外，我们也扩建了电波暗室。
对于上述设施，我们都配备了大型的门和装卸设备。
”
然而还有一些极端的情况。
马特森先生继续说：
“当被测设备太大太笨重，以致于大型设备也不够用
时，我们可能要把它拆开，分别测试，只要所有电器部件能被放进电波暗室，并且可以模拟出一种典型的工作模式。
”
“在最糟糕的情况下，上述办法也无法解决问题。
我们就制定一个特殊的测试方案，以及对测试原理的书面解释报告。
有一次，我们所测试的产品整整占据了客户的一个仓库。
在检测计划获得主管部门的批准之后，我们在现场进行了测试。
”
在U.S.Technologies公司，有一次要使用几台叉式万能升降装卸车协同工作才能调动一个被测产品。
另外，一个地面通讯站的天线基座则需要独特的测试方案。
NationalTechnicalSystem公司甚至还架设了起重机搬运产品，并在客户的制造工厂进行测试，因为尺寸太大过于影响测试的方便性。
对于大型而又复杂的产品，实验室人员非常愿意参观你的设备，并与你共同计划测试程序，他们还可能建议在现场做一些测试。
产品的复杂性可能产生另外一种挑战。
有些测试需要特别的固定装置。
Elliott实验室的帕克先生说：
“尽量提前准备通常是必要的。
复杂的激光系统包括高功率、独特的检查和排除故障的设备和技术。
无线产品的技术要求与其它产品的测试要求不完全一致，而且每年都会出台更多的标准。
”
高频产品，尤其是应用了扩频技术的高频产品，需要特殊的实验设备完成测试工作。
测试高功率发射机是一项艰巨的任务，为了预防非线性，必须非常谨慎地进行谐波测量。
提前计划。
没有什么能够替代在产品设计初期的审查工作。
你不必花很多费用，也不必过于紧，在产品性能或测试实验室要求的潜在问题，就能够在这一阶段得到充分的考虑和解决。
电磁相容性（EMC）测试
各式各样之三C整合系统设备带给人类生活无限方便利益,却也造成复杂电磁杂讯环境。
四十年前欧体IEC/CISPR等委员会之电磁相容性（ElectroMagneticCompatibility,EMC）研究小组有鑑于此电磁杂讯环境趋势，发出89/336/EECEMC指令（及后续修订版92/31/EEC，93/68/EEC），说明电子电机设备相关产品必须符合辐射干扰与传导干扰发射规格外，同时陆续增订辐射耐受性与传导耐受性规格，要求1996年元旦起强制实施，国各类电子电机产品厂商为强化所生产产品符合外销相关EMC指令，促使EMC测试场地快速成长，较大规模之资讯厂都趋向自行筹建EMI（ElectroMagneticInterference）除错场地，加速产品EMC设计达到外销各国相关EMC需求。
然而为了验证电子电机设备电磁相容性设计是否良好，就必须在研发之整个过程中，对各种电磁干扰源之发射杂讯、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试，验证设备是否符合相关电磁相容性标准和规；找出设备设计及生产过程中，在电磁相容性方面之盲点。
在客户安装和使用设备时，提供了既真实又有效之数据，因此，电磁相容性测试是电磁相容性设计所不可或缺之重要环节。
本文将针对EMC测试最新之军规、商规、车辆规等作一比较分析测试方法差异及相关经验。
表一.
常见美军军规,欧美商规及车辆用电磁干扰（EMI）测试项目摘要比较
电
磁
干
扰
测
试
E
M
I
传
导
放
射
C
E
MIL-STD-461D
EN/IEC-欧联
FCC-美国
车辆-全车或零组件
CE-101,30HZ~10KHZ电源线
传导干扰与辐射干扰EN550-11工业,科学与医疗仪器EN550-13广播接收机EN550-14家电及手工具产品EN550-15灯具类产品EN550-22资讯类产品EN61000-3-2电流谐波EN61000-3-3电压变动与闪烁
传导干扰与辐射干扰
PART15J
PART18
传导干扰与辐射干扰
CISPR12
SAEJ551C
72/245/EEC
95/54/EC
SAEJ1113-23（扁条式天线）
SAEJ1113-25（平行板天线）
CE-103,10KHZ~10MHZ电源线,电压量测
CE-06（VBW）天线端10KHZ~40GHZ
辐
射
放
射
R
E
RE-101,30HZ~100KHZ磁场量测
RE-102,10KHZ~18GHZ电场量测
RE-103,10KHZ~40GHZ假波与谐波
表二.
常见美军军规,欧美商规及车辆用磁用耐受性（EMS）测试项目摘要比较
电
磁
耐
受
性
测
试
E
M
S
传
导
耐
受
性
C
S
MIL-STD-461D
EN/IEC-欧联
FCC-美国
车辆（全车或零组件
CS-101,30HZ~10KHZ,电源线,Pmax=80W
IEC1000-4-2ESD静电放电
IEC1000-4-3辐射耐受性
IEC1000-4-4快速暂态与丛讯
IEC1000-4-5雷击突波耐受性
IEC1000-4-6传导耐受性
IEC1000-4-8电源频率磁场
IEC1000-4-11瞬降瞬断电压
不适用
ISO11451-2（全车辐射）
ISO11451-3（全车）
ISO11451-4（全车BCI）
ISO11452-2（0.2-18GHZ）
ISO11452-3（TEMCELL）
ISO11452-4（零件BCI）
ISO11452-5（扁条式天线）
ISO11452-6（平行板天线）
ISO11452-7（射频电源注入）
JASO7637-1（12V电源）
JASO7637-2（24V电源）
JASO7637-3（12V-24V）
95/54/EC
ISO10605（静电放电）
CS-103,15KHZ~10GHZ交互调变
CS-104,30HZ~20GHZ消除不要讯号
CS-105,30HZ~20GHZ交叉调变
CS-109,60HZ~100KHZ结构电流
CS-114,BCI,10KHZ~400MHZ
CS-115,BCI,10KHZ脉冲激发
CS-116,阻尼式弦状波暂态
辐
射
耐
受
性
R
S
RS-101,30KHZ~100KHZ磁场量测
RS-103,10KHZ~40GHZ电场量测
RS-105暂态电磁场
电磁相容性测试围与所採用之标准和规
依据相应之电磁相容性标准和规，电磁干扰（EMI）及电磁耐受性测试（EMS）在不同频率围，採用不同之方式进行。
基于任意电子电机设备既可能是一个干扰源，也可能是被干扰者。
因而，电磁相容性测试包含电磁干扰测试（EMI）及电磁耐受性测试（EMS）。
由于电磁相容性测试种类太多，实在无法逐一详细说明，本文就表１及表２摘要列举了几个典型EMC测试标准和规（含常见美军军规、欧美商规及车辆用EMC标准），在不同频率围中之测试项目，从军规EMC标准之演变，就可观察到欧美商规EMC标准之趋势。
近年来，车辆工业界面对二十一世纪车辆设计新颖要求，纷纷成立车辆研发中心，由于国主要汽车制造厂均需符合相关车辆用EMC标准和规，因此更需瞭解比较车辆EMC设计与测试验证之方法。
此二表中CE表示可以传导发射（ConductedEmission），CS表示传导耐受性（Conductedusceptibility），RE表示辐射发射（RadiatedEmission），RS表示辐射耐受性（RadiatedSusceptibility）。
一般电磁干扰（EMI，包括CE及RE）测试主要容有︰电子电机产品和设备在各种电磁杂讯环境中之传导干扰和辐射干扰发射量之测试（例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰）及各种讯号传输时，干扰传递特性之测试（例如如各种传输线之传输特性和屏蔽效果）。
而电磁耐受性（EMS，包括CS及RS）测试主要容则有︰
1.对电场、磁场之辐射耐受性测试
2.对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试
3.对静电放电和各种暂态电磁波（突波或电性快速暂态）之耐受性测试
EMC测试场地之一般要求︰
如何有效地量测出实际待测产品设备溢出之杂讯，与产生类似EMI之干扰源，用来验证待测产品设备之电磁耐受性，都是EMC工程人员所必须掌握。
因此，为了模拟复杂电磁杂讯环境及保证EMC测试结果之重复性、准确性和可靠性，EMC测试对环境有较高之需求，测试场地可分为隔离室（包含TEM/GTEMCell等积向电磁波EMC测试室）、电波暗室和室外开放测试区之场地（openAreaTestSite，OATS）等。
这些EMC测试场地之功能、建材和限制条件简述如下
︰就隔离室而言，隔离室之作法一方面是对外来电子电机干扰加以屏蔽，从而保证室电磁杂讯环境满足要求，另一方面是对部如天线等发射源进行屏蔽而不对外界造成干扰。
MIL-STD-461及其它相关电磁相容性标准规定，许多测试项目必须在隔离室进行，隔离室为一个由金属材料做成之六面体，其
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