[摘抄]汽车电子EMC——传导发射试验（电流法与电压法比较）

此篇以汽车电子EMC试验为例，参考标准：GB/T18655车辆、船和内燃机

无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限制和测量方法（等同于国际标准CISPR25）用于考查汽车及其零部件产生的各种电磁骚扰对车内无线接收机的骚扰程度，并对骚扰以限制形式加以限制

运行条件：

被测件不同的运行条件能够影响发射测量结果。在进行零部件/模块测试时，被测件运行应该参考车辆实际情况，确定典型负载和其他条件，以便得到最大发射状态。运行条件应在试验计划中作出规定。
为了确保零部件/模块在试验期间的运行是正确的，应使用外设接口单元来模拟车辆装置。依据指定的运行模式，被测件上所有重要的传感器和执行部件的连线都应与外设接口单元相连。外设接口单元应能够按照试验计划对被测件进行控制。
外设接口单元可以安装在屏蔽室内部或外部。如果安装在屏蔽室内，外设接口单元产生的骚扰水平应至少比试验计划规定的试验限值低6 dB。

传导发射
试验目的：为了测量EUT电源线信号线的连续骚扰
试验全程在电波暗室中进行

具体要求：

用于传导发射（电压法）的参考接地平面的最小尺寸应为1000 mm×400 mm。
用于传导发射（电流探头法）的参考接地平面的最小尺寸应为2500mm×400mm。
用于辐射发射的参考接地平面的最小宽度应为1 000 mm，最小长度应为2 000 mm，或者比整个设备各边大200 mm，两种情况取其大者。
——被测件远端接地（指车辆电源回线大于200 mm）：使用两个人工网络，其中一个接电源正极，另一个接电源回线。
——被测件近端接地（指车辆电源回线小于或等于200 mm）：使用一个人工网络，用到电源正极上。
人工网络应直接安装在参考接地平面上。人工网络的外壳应与参考接地平面搭接。
人工网络的测量端口地与参考接地平面间的直流电阻应不超过2.5 mΩ。
电源回线应与参考接地平面相连（在电源和人工网络之间）。
未与测量设备相连的人工网络测量端口应连接50Ω的负载。

频率范围:0.15MHz~108MHz
测试方法：电压法
被测件位置：应放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，距参考接地平面上方50 mm±5 mm。
被测件外壳不应与参考接地平面相连，除非为了模拟实际车辆结构。
被测件各表面距参考接地平面边界至少100 mm。
被测件外壳接地时，接地点离参考接地平面边缘至少100 mm。
试验线束位置：

人工网络连接器与被测件连接器之间的电源线长度Lp应为200mm。
线束沿一条直线放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，距参考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。为了使电源线和输入/输出导线之间的耦合最小，不同类型导线间距应尽量大（输入/输出导线与连接人工网络和被测件的电源线间垂直距离≥200mm。

负载位置：
模拟负载可以放置在靠近参考接地平面的位置（当模拟负载外壳与参考接地平面搭接时）；或者模拟负载安装在ALSE的外面，被测件的试验线束通过射频边界连接到参考接地平面
注：当模拟负载放置在参考接地平面上时，模拟负载的直流电源线应该直接与电源相连而不应再通过人工网络

远端接地布置示意图

说明：
1——电源（可能布置在参考接地平面上）	8——优质同轴电缆（50Ω），如双屏蔽线
2——人工网络	9——测量设备
3——被测件（如果试验计划要求则应将壳体接地）	10——屏蔽室
4——模拟负载（如果试验计划要求则应将金属外壳接地）	11——50Ω负载
5——参考接地平面	12——壁板连接器
6——电源线	13——试验线束（不包含电源线）
7——低相对介电常数支撑物（εr≤1.4）

频率范围:0.15MHz~108MHz
测试方法：电流法，在距离被测件50 mm和750 mm两处用探头测量发射。
被测件位置：
被测件应被放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，距接参考地平面上方50 mm±5 mm的位置。
被测件的外壳不应与参考接地平面相连，除非是用于模拟实际车辆的装配情况。
被测件距参考接地平面的边缘不小于100mm且距暗室墙体不小于500mm。
试验计划应该模拟实际车辆布置并指明远端还是近端接地、绝缘衬垫使用情况、以及被测件外壳与参考接地平面的电连接。

测试线束位置：
试验线束应为1700mm长（或试验另有规定），并且应放置在无导电性、低相对介电常数材料（εr≤1.4）上，位于参考接地平面上方50 mm±5 mm的位置。
除非在试验计划中另有规定，否则这些试验线束应该彼此平行并且彼此靠近。
注：如果被测件具有多端口连接器导致有多捆线束时，试验计划中应规定哪些线缆应夹入电流探头中进行测量。无任何规定时，每捆线束（连接器）应分别进行测量，然后再将所有的线缆集中到一起进行测量。
一般最大发射的位置尽可能接近EUT连接器。在EUT装备金属外壳连接器时，探头应夹住与连接器外壳最接近的电缆，但不能夹到连接器外壳.EUT以及试验布置各部分离接地平面边缘最小100 mm距离。
注：一些额外的试验，包括只有正极性电源线和/或负极性电源线被圈在探头内，应在试验计划写明。这种试验布置的限值应在试验计划中明确。

布置示意图

1—电源	9—测量仪器
2—人工网络	10—屏蔽室
3—EUT（接地，如果在试验计划中明确）	11—光纤馈通
4—负载模拟器（根据ISO 11452-4来布置和接地）	12—壁板连接器
5—接地平面	13—光缆
6—导线线束	14—电流探头（两个典型位置）
7—低相对介电常数支撑物（εr≤1.4）	15—模拟和监视系统
8—优质同轴电缆（50Ω），例如双层屏蔽	d—EUT到最近的探头位置的距离

18655参考电压法限值

18655参考电流法限值

 

 

车载电子零部件的EMC由于需要满足严格的限值和功能安全要求所以一直是研发设计中的重点和难点。通过深入研究基础标准CISPR25定义的传导测试电压法和电流法的异同能够让我们对于车标传导发射测试理解更为深刻，对于传导测试结果诊断分析，研发EMC预测试和诊断能力建设，甚至实验室测试快速核查都有很好的意义。

传导标准测试时经常发现电流法比电压法通过的难度更大，导致一些工程师认为电压法和电流法是差异很大的不同测试，我们需要通过标准中的细节内容来分析两者异同。

 

两者相同点：测试场地相同；测量设备相同；检波器带宽步长等参数相同；测试结果来源相同（均通过电压信号转换得到）；对电源端口AN（artificial network人工网络）接入要求相同（电源端口都有一个稳定统一的对地阻抗）。

两者差异部分：测量接口不同（电压法通过人工电源网络的RF端口输出，电流法通过电流探头耦合输出）；受测端口限制不同（电压法只能测试电源端口，电流法可以测试任意线缆，尤其是无法接入阻抗匹配网络的信号线采样线通讯线等）；测试布置线长不同（电压法受测线长20~40cm而电流法150~200cm）；限值不同。

以上可以看出两者应用上存在较大差异尤其分别采用不同的限值更容易被认为是互相独立的不同测试，但仔细分析限值的差异我们却能发现两个测试方法内在的统一性。

 

电压法和电流法的限值比较（Δ为限值数值差值）

对比限值可以看出电压法与电流法限值在频段和等级划分是一致的，仅量纲不同和数值不同。由于测试在50Ω系统下进行，因此电压量纲与电流量纲之间固定存在34dB差值（50欧电阻对数形式34dBΩ），与6MHz之后限值差值是一致的。而6MHz之前的差值小于34dB，通过查询基础标准的阻抗值我们能发现是由于阻抗差异导致而非测试方法严酷程度不同。参考基础标准CISPR16-1-2中车标150KHz-108MHz 50Ω/5uH+1Ω人工电源网络AMN相应的阻抗曲线如下 ：

150KHz-108MHz的 50Ω/5uH+1Ω阻抗网络原理图（左）和阻抗曲线（右）

右图阻抗曲线可以看出在6MHz之后阻抗稳定在50Ω，但在低于该频段之前阻抗明显小于50 Ω，如300KHz阻抗约为10Ω即20dB Ω，差值为20dB，与限值差值相同。因此两者限值实际上是参照阻抗网络阻抗值进行转换的，两个测试方法五个等级的限值都一一对应并没有严酷程度不同的差异，因此标准电压法电流法不但测试方法相通而且限值也是统一的。

通过分析我们知道了两个测试方法的外在区别和内在统一性，由此可以引申出两个工程实践中较为有意义的指导。

首先可以指导车标零部件电压法电流法数据分析。因为内在的一致性，所以电源端口的测试电压法、电流法结果在6MHz以下的应当趋于一致（超标值或裕量值一致，频谱包络值会有差异，电流法测试结果频谱斜率会更大一点），在6MHz以上电流法因为线长的阻抗变化和驻波的影响会和电压法有一些差异，这个推论可以指导我们从数据差异中发现隐藏信息，而且诊断分析时可以不拘泥于测试布置，在任一种测试布置可以诊断评估两种测试以便提高效率，同时数据时如果差异大大超出预期时还需要考虑核查实验室设备状态、校准系数、参数调用操作失误等情况。

其次电流法与电压法的内在一致性能还能指导我们建设和使用车标传导预测试和诊断工作台。工程应用中电流法覆盖的线缆端口范围更广，不但可以评估电流法还可以利用一致性覆盖电压法测试可以提高诊断效率。同时也扩展其他类型的阻抗网络用于车标零部件测试也可以灵活综合利用各种设备。以下是由这一指导方法引申而出来的传导预测试和诊断工作台的简略介绍，供EMC工程人员参考。

该预测试及诊断台仅包括频谱仪、阻抗网络、电流探头以及金属夹具。电压法或电流法预测试只需要分别使用不同的电流探头系数：标准50Ω环境校准电流探头系数可以使用电流法限值；电流探头与AMN一同校准可以使用电压限值。

电流探头标准50Ω校准（用于电流法）与电流探头配合阻抗网络校准（用于电压法）

自制阻抗网络的校准（左）于阻抗系数（右）

该AMN为自制16A 50Ω//50uH阻抗网络，但并非50Ω//5uH AMN，但与电流探头共同校准之后不影响预测试和诊断使用。

车标传导预测试和诊断工作台应用实例图

该工作台虽然简单，但由于电压法和电流法本质上统一性，经校准后得到的测试结果也是具有评估意义的，对于差模共模成分区分，复杂线缆比对，以及测试安全和便利性都有很大优势，配合其他诊断设备能够完全处理PCB板级和芯片级别的EMC问题，以极小的成本投入极大支持研发EMC工作。

更进一步，我们也可以使用电流法在非标准的测试条件下（即无AN接入，任意开发环境和场地）对传导测试结果进行预测试和评估（由于一般环境的阻抗总是大于50欧，又小于377欧，可以认为测试结果会在14dB内变动，一般6-10dB裕量已经足够覆盖阻抗网络接入与否导致的测试结果差异），这将给与EMC工程师在现场进行诊断和预测试极大的便利性（直接、方便、快捷、安全、高效），这不仅对于车标零部件和整车集成应用而且对于其他标准和任何大型复杂系统的EMC分析诊断和设计都有很好的益处。同时该方法不仅仅限于传导，还可以扩展应用于辐射分析。

小结

CISPR25传导电压法和电流法测试测试形式有差异但内在是统一的。

分析电压法和电流法的测试结果的相关性能够帮助诊断分析问题；

比较电压法电流法数据可以初略快速核查实验室；

将电流探头和阻抗网络通过合适的方法校准可以使用不同限值；

利用统一性原理可以建设低成本高效的诊断分析台；

电流法还可以进行进一步的应用扩展。

 

 

 

参考：

https://www.elecfans.com/d/1846835.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/436622059