中心議題：

• 解決汽車電子車載設備EMC問題的思考方法和設計流程

解決方案：

• 進行設計需要從發射和抗擾度兩個方麵出發
• 在遵守EMC相關法令和汽車廠商所要求的指標的同時，使終端用戶感到滿意
• 對於設計技術人員而言，重要的是將EMC設計視為產品的基本功能之一

汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)化(hua)的(de)進(jin)展(zhan)迅(xun)速(su)，已(yi)經(jing)進(jin)入(ru)了(le)使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)高(gao)端(duan)功(gong)能(neng)的(de)時(shi)代(dai)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)
，在(zai)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)便(bian)考(kao)慮(lv)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)的(de)做(zuo)法(fa)也(ye)愈(yu)發(fa)重(zhong)要(yao)。汽(qi)車(che)整(zheng)體(ti)和(he)開(kai)發(fa)的(de)全(quan)部(bu)工(gong)序(xu)都(dou)需(xu)要(yao)在(zai)充(chong)分(fen)意(yi)識(shi)到(dao)EMC（Electro-magnetic Compatibility）的體係中實施。也就是說

，“EMC設計框架”已經是不可或缺的機製。

這一機製包括了設計技術、EMC對策

、係統開發
、交jiao流liu等deng產chan品pin化hua所suo需xu要yao的de技ji術shu和he體ti製zhi。如ru果guo能neng夠gou按an照zhao生sheng產chan一yi線xian的de實shi際ji情qing況kuang對dui這zhe些xie進jin行xing恰qia當dang的de整zheng理li

，那na麼me就jiu可ke以yi靈ling活huo應ying對dui人ren們men對dui於yu汽qi車che的de需xu求qiu變bian化hua。

在這裏，筆者將以汽車導航係統（車載導航儀）設計一線的經驗為依據
，從汽車部件廠商的角度出發
，介紹對車載設備EMC的思考方法
、以及設計流程的一部分。

電磁輻射強度隨著車載導航儀的高性能而增大
首先介紹車載導航儀的多功能化和高速化。眾所周知
，車載導航儀的出發點是導航，然後才是通過DSRC（Dedicated Short Range Communications ）

、電視
、移(yi)動(dong)網(wang)絡(luo)等(deng)通(tong)信(xin)手(shou)段(duan)與(yu)車(che)外(wai)相(xiang)連(lian)接(jie)。現(xian)在(zai)，車(che)載(zai)導(dao)航(hang)儀(yi)已(yi)不(bu)再(zai)是(shi)單(dan)純(chun)的(de)指(zhi)路(lu)工(gong)具(ju)，而(er)是(shi)發(fa)展(zhan)成(cheng)為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)借(jie)助(zhu)各(ge)類(lei)供(gong)應(ying)商(shang)進(jin)行(xing)多(duo)種(zhong)內(nei)容(rong)交(jiao)換(huan)的(de)雙(shuang)向(xiang)交(jiao)流(liu)裝(zhuang)置(zhi)。為(wei)了(le)向(xiang)駕(jia)駛(shi)員(yuan)提(ti)供(gong)安(an)全(quan)、放心、便利、舒適的駕駛環境
，車載導航儀正在向聯結人與機械（這裏指汽車）的HMI（Human Machine Interface）中心轉變（圖1）。


圖1：汽車多媒體全球導航儀從“指路”裝置轉變成了向駕駛員提供“貼心服務”和“愉悅心情”的“HMI中心”。(點擊放大)

今後，車載導航儀的多媒體化還將繼續發展，在兼顧前麵提到的“安全放心”
、“便利舒適”這兩個主軸的同時，不斷增加功能（圖2）。因此，與EMC相xiang關guan的de技ji術shu也ye將jiang愈yu發fa重zhong要yao。比bi如ru
，當dang車che載zai導dao航hang儀yi能neng夠gou與yu車che輛liang內nei各ge個ge儀yi器qi聯lian動dong，協xie助zhu防fang止zhi衝chong撞zhuang時shi
，車che載zai導dao航hang儀yi本ben身shen作zuo為wei傳chuan感gan器qi
，就jiu需xu要yao較jiao高gao的de可ke靠kao性xing。這zhe時shi，抗kang擾rao度du（對於電磁噪聲的耐受性）就會成為課題。而且，隨著車內外網絡的拓展，防止與外部儀器之間相互幹擾的EMCjishuyeyufazhongyao。zaishengyinshibiehetingchefuzhudengchezaidaohangyibenshendeduogongnenghua，yijiyinshipinyulegongnengdeyitihuajinchengzhong，kaolvdiancizaoshengdefashewentishibukehuibideketi。


圖2：車載導航儀的多媒體化在兼顧“貼心服務”和“愉悅心情”的同時增加功能。EMC成為重要課題。

來自CPU和內存的輻射增大
在這裏
，讓我們來回顧一下車載導航儀的發展曆史。1987年作為電子地圖顯示裝置問世的車載導航儀，首先於1990年實現了搜索前往目的地路徑和指路的功能
，然後，到1995年左右
，指路實現了語音化。接著，進入2000年以後，與各種網絡服務聯動的多媒體化得到了發展。

為了實現上述進步，車載導航儀的性能得到了穩步提高。以路徑搜索時間為例，2007年與1990年相比，時間縮短到了1/10以下。位置誤差（精度）實現了1/6以下的高精度化（圖3）。


圖3：性能的變化圖在從導航儀向語音導航儀、多媒體型導航儀轉變的過程中實現了大幅度的高速化·高精度化。

其原動力毋庸置疑是CPU的進步（即計算機係統的大規模化和時鍾的高速化）。車載導航儀的CPU時鍾和內存總線時鍾頻率近來得到了快速提高（圖4）。CPU時鍾頻率正在逼近上限，今後，提高性能可能要依賴在一個LSI內配置多個CPU的多CPU化進程。而另一方麵，DRAM的內存總線還在以不增加位寬的前提下提高性能
，因此，時鍾頻率的上升勢不可擋。


圖4：車載導航儀用CPU/DRAM的高速化趨勢輻射能的預測趨於重要。

芯xin片pian麵mian積ji和he時shi鍾zhong頻pin率lv的de增zeng加jia容rong易yi導dao致zhi輻fu射she電dian磁ci噪zao聲sheng增zeng大da。因yin此ci，對dui這zhe些xie輻fu射she源yuan的de輻fu射she進jin行xing預yu測ce管guan理li會hui逐zhu漸jian成cheng為wei重zhong要yao環huan節jie。對dui於yu車che載zai導dao航hang儀yi的de核he心xin（Navi-Core）
，如圖5（a）所示
，CPU和總線是主要輻射源。由經驗可知，直接來自於CPU的輻射能指標Pc與工作電壓的平方、工作頻率、芯片麵積分別成正比，這些數值的積被作為“輻射能指標”應用到了預測管理（圖5（b）注1）之中。內存總線的輻射能指標Pm也同樣與工作電壓的平方、工作頻率


、內存總線位寬的積成正比。[page]

注1）來自CPU的電磁噪聲主要有以下兩個發生源：（1）來自時鍾線和信號線的輻射
，（2）驅動電路直通電流的輻射。筆者認為（2）占主要地位。驅動電路一般由兩個晶體管的圖騰柱結構組成
，在時鍾的邊緣部分存在電流貫穿上下晶體管的時刻。該直通電流的輻射是過流進入無限接近於0的阻抗時產生的，遠遠大於（1）中充放電電流流經時鍾線和信號線布線時的輻射。因此可以認為，輻射同樣為（2）較大。


圖5：車載導航儀的CPU/內存總線輻射能

把這些輻射能指標的變化繪製成圖表可以得到類似於圖5（c）的增長曲線。該指標為20以下時無需特殊對策
，70以下時需要從設計階段開始實施對策
，如果超過70，憑借現有的知識則很難找出對策。因此，2010年之後的對策技術開發將更加重要。
如上所述，隨著電子電路輻射能的增大，從設計階段開始研究EMC已經成為了不可或缺的步驟。

車輛的電磁環境整理為3級
圖6給出的樹形圖對於理解EMC的整體結構很有幫助，本公司的內部培訓也經常使用。這是按照發射/抗擾度、傳導/輻射的組合，把EMC分成四個大類進行整理的方法。其中，在設計階段的EMC研究和測量精度方麵，尤其需要注意的是電場的輻射。

圖6：EMC的分類樹在設計階段研究EMC時需要特別注意電場輻射噪聲。(點擊圖片放大)

EMC有國際標準
，與發射相關的CISPR（Comite International Special des Perturbations Radioelectriques）
、與抗擾度相關的ISO（International Organization for Standardization）等都被製定成了標準。此外，各國和地區也通過法律對發射和抗擾度進行了規製。

而且
，汽車廠商為了使汽車產品能夠上市，還會沿襲CISPR和ISO的思考方法，自行製定一些部分更加嚴格的標準。各汽車廠商製定的發射標準與CISPR25（用於保護車載接收器的幹擾波限值及測量法）相比，有時GPS頻帶和通信頻帶的發射限值規定會偏低
，對於部件廠商而言要求非常嚴格。

輻射抗擾度的標準同樣如此
，某些汽車廠商甚至提出了在雷達頻帶下抗擾度為600V/m的苛刻要求。與ISO11452（車載儀器的抗擾度試驗標準）在特定頻率下的期望值為200V/m相比，需要耐受3倍的數值
，所以汽車廠商要求的指標更為苛刻。

如上所述，進行設計需要從發射和抗擾度兩個方麵出發，在遵守EMC相關法令和汽車廠商所要求的指標的同時，使終端用戶感到滿意。對於設計技術人員而言，重要的是將EMC設計視為產品的基本功能之一。

但是，電子儀器的網絡環境正在車內外不斷拓展。車外有借助手機等的廣域通信網、借助無線LAN的狹域無線係統。車內則遍布信息係統

、車體係統、傳動係統等多種有線LAN。所涉及的EMC模式按照圖7整理為3級後更加容易理解。如圖
，1級是與發射塔·無線基站·雷達等車輛外部相關的EMC，2級是與車載導航儀和車載儀器間的幹涉相關的EMC，3級是與車載導航儀的儀器內幹涉相關的EMC。（特約撰稿人：）


圖7：EMC的3級分類