汽車電子元件日趨複雜 優化EMC/EMI設計益形重要
- DIGITIMES企劃
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汽車產品與一般3C產品不同，對於安全性的要求更為嚴苛，尤其在關乎安全性的主/被動安全電機設備，車用電子設備對電磁干擾、雜訊也需強化相對應的保護設計…
一般電子產品，經過電磁相容性(electromagnetic compatibility；EMC)要求算是基本要件，而在汽車產業中，也因為電子零部件、行車電腦、主/被動安全微控制器、車用娛樂系統等資/通訊平台，部分系統設計還是與行車安全息息相關的重要功能模組，更需密切關注車用電子的電磁相容性。
早期汽車製造商，在車用電子方面的設計需求僅止於主/被動安全與車用娛樂系統設計，電子元件或模組的設計量並不多，模組化的元件產品單純，但隨著環保油電混合動力車或純電動車相繼普及，加上車用娛樂設備功能性與複雜度增加，甚至目前如行車資訊感測、車聯網或是更先進的行車安全主動感測設備等車用配備增加，這類先進科技的電子構裝模組若在環境相對複雜的車體內運作，在電源管理與安全要求上也會相對提升。
車用EMC要求嚴苛
在車用電子應用領域，原本就對多種電磁相容性EMC規範採高標準要求，不只是規範與測試流程繁複，檢測模組需針對原本功能的EMC狀態進行繁複測試與驗證，對於車上裝載的其他電子設備或模組，在車用電子的EMC檢測中也必須確保自身的設備不會導致其他周邊設備出現電磁干擾(electromagnetic interference；EMI)或雜訊干擾問題，自身設備也必須能達到抵禦周邊環境/設備導致的EMI或環境雜訊影響。
以CISPR 25的標準檢視，其實已有多項干擾與測試方法，同時也提供相對應的解決建議與設計限制。對於車用環境的高標準要求，尤其在電裝品涉及駕駛或行車安全領域，對於電子構裝模組的EMC/EMI要求會更高，一般車廠除採納CISPR 25要求內容設置產品要求低標，也會針對車輛設計的特性自訂更高的檢測標準，補強原有CISPR 25未規範的部分，主要目的在於，讓車用電子構裝模組不僅能在極惡劣的車用環境穩定運行，也能透過完善的檢測發現產品設計缺陷，透過改善設計加以補強，也避免相關檢驗未通過影響產品開發時程。
車用電裝品實驗室送測認證成本高 改善設計也能節省產品開發費用
以CISPR 25標準所要求的測試環境，對於檢測實驗室的電磁雜訊值必須較實際測試之最低值雜訊低6dB，檢測環境的嚴苛要求目的在減少測試可能的環境變項，以其規範要求的條件在真實環境並不容易達成，必須採用特殊測試條件要求下的環境建置檢測空間，滿足CISPR 25標準的測試場要求，必須透過特殊電磁條件設計的空間建置測試用實驗室，而測試空間在鋼材、用料與牆面設計都有其要求規格，避免測試空間不會因為待測物的雜訊產生反射干擾，影響實際量測數據。
因此測試實驗室在牆面會設置能吸收電磁干擾的特殊材質，這也導致測試實驗室建置成本相當高，為了減省車用電裝構件在檢測程序上耗損的量測驗證費用，最好的方法就是先在開發階段就盡可能針對EMC/EMI議題優化設計，並透過高標準要求的自行檢測條件先行驗證，確認電子構裝品或是模組已達到超越驗證標準要求再行送標準檢測實驗室測試，以求最少送測試次數以降低驗證取證成本。
電磁干擾源複雜 必須針對電路特性改善
另在電子構裝品必要的檢測項目，即電源供電系統、電子電路的大電流注入(Bulk current injection；BCI)測試程序，一般在ISO 11452-4測試標準下，會將大電流導入電子構裝品上，進行驗證電子產品的零組件受到電磁或是干擾訊號的影響狀況，電裝品的干擾訊號不只是會從既有的系統產生，並透過電子電路、供電電路傳遞影響相關電子設備，也可能自外部環境直接注入，透過電路導入電子電路中影響設備正常運作。
這對於多套設備模組共用部分電子電路的狀況下，在電路間的雜訊干擾就特別容易產生交互影響與干擾問題，例如，使用同一等級低電壓電源供應的車用電裝品、行車資訊電腦與引擎控制單元(Engine control unit；ECU)，若使用汽車底盤共用的接地(GND)極時，數位訊號傳遞若無針對雜訊抑制、電源電路的雜訊干擾排除設計，就會導致電裝品出現干擾現象，例如，車用DVD常見的LCD顯示器邊緣出現水波紋干擾現象等，為減少相關干擾影響，在電源電路就必須優化隔離設計，利用電感、電容等被動元件改善干擾問題。
高頻數位電路越來越複雜 改善基礎設計優化抵禦干擾效果
而汽車電子數位化電子構裝件越來越多，防電磁干擾設計也必須針對數位電子電路進行優化，例如，較複雜的數位系統設計，若有多個時脈同時在一個系統下運行，從電子電路中就必須針對晶片的電源接腳透過電容被動元件，使用旁路電容設置改善干擾問題，其中，較大的電容適合用來改善電路中的突波問題，例如突然驟增的電流，但如此一來對於高電容值對高頻電路反而不利、將導致影響反應速度問題，而小型電容器對於防止驟增電流值效用較小，但實際卻較不會導致高速訊號傳輸，設置取捨仍需視電路狀態與需求而定。
而要提供電路具更優異抵禦EMI問題的阻抗條件，其實當高速訊號在線路上傳輸時，若遭遇阻抗變化也會造成EMI問題處理因電路問題而趨於複雜化，一般仍可使用幾個常見的設計方案改善電路的EMI問題。例如，訊號線路避免出現銳角、直角，PCB板在資料傳輸線路使用圓弧的線路布局，有助於改善問題，至於如電源電纜線、連接點、高電壓連接點、被動元件接腳等也須適度進行處理。另EMI問題改善最直接有效的方法就是增加屏蔽效果，理想的屏蔽效果為降低輻射產生可能的問題設計，同時再搭配強固與完善接地的金屬屏蔽機殼，也能對電裝產品的EMI問題獲得有效改善。
