ch16-汽車電子設(shè)備的可靠性

1、汽車電子設(shè)備的可靠性,《汽車電器與電子技術(shù)》講義機(jī)械學(xué)院 劉倫洪,主要內(nèi)容,可靠性概述汽車電子設(shè)備的電磁兼容測(cè)試設(shè)備與途徑,汽車電子設(shè)備的特殊運(yùn)行環(huán)境與要求,惡劣的電磁環(huán)境振動(dòng)與沖擊粉塵高濕度，涉水高溫、低溫、溫變與散熱有害及腐蝕性氣體誤操作與誤接線,汽車電磁環(huán)境,移動(dòng)的電磁干擾接收平臺(tái)無(wú)法正常接大地功率電器的頻繁啟?；鸹c(diǎn)火單線制，負(fù)極搭鐵，車身共地,可靠性要求高,法規(guī)對(duì)汽車電子設(shè)備的電磁兼容限制：不發(fā)

2、射干擾——干擾限值對(duì)干擾不敏感——免疫生命安全生產(chǎn)安全,法規(guī),電磁兼容國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17619-1998：機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法。對(duì)電磁騷擾免疫力作出規(guī)定。GB14023-2000(代替GB14023-1992)：車輛、機(jī)動(dòng)船和由火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法。對(duì)電磁輻射特牲進(jìn)行了規(guī)定。GB/T18387-2001：電動(dòng)車輛的電磁輻射的限值和測(cè)量方法寬帶9KHz~30M

3、Hz。對(duì)電動(dòng)車的電磁輻射作出了規(guī)定。GB 18655-2002。用于保護(hù)車載接收機(jī)的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法。其他法規(guī),,,故障現(xiàn)象,系統(tǒng)重啟誤動(dòng)作操作失靈數(shù)據(jù)丟失,周期性故障間歇性故障,故障原因,電路設(shè)計(jì)缺陷軟件設(shè)計(jì)缺陷：錯(cuò)誤代碼、容錯(cuò)生產(chǎn)工藝缺陷：虛焊、接觸不良器件不合格或損壞錯(cuò)誤操作：反接電噪聲其他：電源VCC不穩(wěn)定、不符合要求的解耦電路、時(shí)序混亂,汽車電子設(shè)備的電磁兼容,電子元件的等效模型電噪聲類

4、型對(duì)策1：電流環(huán)（Current Loop）對(duì)策2：屏蔽對(duì)策3：接地對(duì)策4：電源分配與解耦對(duì)策5：容錯(cuò)設(shè)計(jì)對(duì)策6：ESD汽車電磁環(huán)境車載電子設(shè)備的主要干擾源,,導(dǎo)線,電阻,電容,電感,單片機(jī),其他IC,二極管,三極管,瞬態(tài)抑制器,,電子元件的等效模型,電噪聲類型,電噪聲又稱電磁干擾(EMI) ，類型有很多種，汽車環(huán)境常見的有：輻射噪聲傳導(dǎo)噪聲靜電放電ESD 地線噪聲,輻射噪聲,電磁脈沖EMP和射頻干擾RFI。任何

5、能產(chǎn)生電弧或電火花的地方就會(huì)向外輻射電磁脈沖(EMP)的射頻干擾(RFI) (此處應(yīng)補(bǔ)充三種圖片：磁鐵（磁場(chǎng)）、高壓線（電場(chǎng)）、發(fā)射塔（電磁波），以明示3種常見輻射干擾) 作者：2007年11月,輻射噪聲,,,,雷電,電火花,電磁波,,,,,傳導(dǎo)噪聲——電源線上的瞬變?cè)肼?線圈L代表電源與負(fù)載R1和R2之間導(dǎo)線電感。負(fù)載開關(guān)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)v=L(di/dt)試圖維持原有的電流。這就叫做“沖激電勢(shì)(Inductive Kick)”。

6、“沖激電勢(shì)”是線路上瞬變?cè)肼暤闹饕颉?,,,,,,,,,,,,,,,,,V,,靜電放電ESD,人體上累積的靜電電壓可達(dá)35KV。靜電放電時(shí)的電流脈沖的上升時(shí)間極短—典型值是4A/ns。圖a是所觀察到的靜電放電的波形。5cm的直導(dǎo)線的電感約為50nH 。根據(jù)公式V=L/(di/dt) ，該導(dǎo)線上產(chǎn)生4A/nS的di/dt只需200V的靜電電壓。,地線噪聲,地線中的電流也是一種噪聲。例如電源線中的50HZ電流、RF射頻干擾、共享電流

7、返回通路信號(hào)線之間的串?dāng)_等等。地線噪聲也稱做“接地環(huán)路”問題?！敖拥丨h(huán)路”簡(jiǎn)介：源如圖所示，真實(shí)大地上不同地點(diǎn)的電位并不相同。如果導(dǎo)線的兩端在不同位置接大地，兩點(diǎn)間的電位差就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線的有電流流過(guò)(可達(dá)幾A)。如果把這條導(dǎo)線看成是環(huán)路的一部分，圖中的電壓源代表兩地之間的電位差，這就是經(jīng)典的“接地環(huán)路”。推而廣之，該名詞也用于描述地線中不希望出現(xiàn)的(經(jīng)常是沒有預(yù)料到)的電流。,VCKT1=5V,,,,VCKT2=?,,如果傳輸模擬信

8、號(hào)，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)！如果傳輸數(shù)字信號(hào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！如何解決？,對(duì)策1：電流環(huán)（Current Loop）,電流從電源正極出發(fā)經(jīng)過(guò)負(fù)載流回負(fù)極所經(jīng)過(guò)的路線是一個(gè)環(huán)路，簡(jiǎn)稱“電流環(huán)”。,,,,,“電流環(huán)”與干擾源,電流環(huán)的形狀決定了它：如何向外輻射EMI；如何受到外來(lái)EMI的干擾；如何屏蔽干擾。任何電流的流動(dòng)都會(huì)向外輻射電場(chǎng)/磁場(chǎng)，即向外發(fā)射干擾。若有兩條平行的導(dǎo)線：其中流過(guò)的電流分別是+i和-i，在導(dǎo)線的附近，某個(gè)給定點(diǎn)到

9、兩條導(dǎo)線的距離明顯的不同，則兩條導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度在該點(diǎn)不為0；對(duì)于相對(duì)較遠(yuǎn)距離的點(diǎn)，該點(diǎn)到兩條導(dǎo)線的距離可以認(rèn)為相等時(shí)，兩條導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相互抵消。結(jié)論：維持輸出與返回通路盡可能靠近就是減小它們干擾其他信號(hào)的最重要方法。,,,,,X,●,,●,,X,“電流環(huán)”與抵御干擾,其次，由于從電流環(huán)A到電流環(huán)B的互感等于從電流環(huán)B到電流環(huán)A的互感?？梢缘贸鼋Y(jié)論：一個(gè)電路如果不向外輻射干擾的話，它同時(shí)將不受到外界的干擾。,“電流環(huán)”的

10、啟示與結(jié)論,因此，從減小EMI發(fā)射以及減小對(duì)外界EMI干擾的敏感性兩個(gè)角度出發(fā)，最重要原則就是：保持環(huán)路面積盡可能的小！這也相當(dāng)于要求電路的電感最小。,,實(shí)例,元器件的尺寸、電子設(shè)備的尺寸、單片系統(tǒng)、片上系統(tǒng)SOC。,,對(duì)策2：屏蔽,有三種類型的屏蔽：容性耦合的屏蔽、感性耦合的屏蔽以及RF(射頻)屏蔽。容性耦合屬于電場(chǎng)耦合，所以屏蔽容性耦合也就是屏蔽電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽要相對(duì)容易。感性耦合屬于磁場(chǎng)耦合，所以屏蔽感性耦合也就是屏

11、蔽磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)屏蔽要略為困難一些。要實(shí)現(xiàn)RF屏蔽，就得采用能屏蔽各種電磁場(chǎng)的經(jīng)典“金屬罩”，這也是多數(shù)人在想到屏蔽時(shí)所想到的。其屏蔽效果部分地依賴屏蔽材料的選擇，但如果它有開口的話，卻主要依賴于其開口的處理及開口的幾何形狀。,容性耦合的屏蔽—電場(chǎng)屏蔽,容性耦合是指干擾信號(hào)通過(guò)電路間分布電容或雜散電容傳輸，這些電容在電路圖中沒有畫出來(lái)，但它們存在。例如，當(dāng)人手接近某個(gè)不穩(wěn)定的振蕩電路時(shí)，人體與電路間的容性耦合就會(huì)振蕩頻率的改變。阻擋

12、容性耦合的方法就是將你可想要保護(hù)的電路或?qū)w封在金屬屏蔽罩內(nèi)，這就叫做靜電屏蔽或法拉第(Faraday)屏蔽，如果屏蔽罩是100%覆蓋的話，則該屏蔽無(wú)須接地，但通常需要接地，其目的是確保電路與屏蔽層間的電容與地相連從而不能作為反饋或串?dāng)_元件。除此之外，從機(jī)械的觀點(diǎn)來(lái)看，接地通常常是不可避免的事。Faraday屏蔽的另一個(gè)用途是靜電屏蔽變壓器。一個(gè)導(dǎo)電薄片放置在初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間，打斷繞組之間的容性耦合，但要求屏蔽層必須連接到安全

13、接地線。,電容耦合的途徑,法拉第屏蔽示意圖,,,,,,,,,,,噪聲源,受害電路,噪聲源,受害電路,沒畫出來(lái)但卻無(wú)處不在的分布電容,感性耦合（磁場(chǎng)屏蔽）的屏蔽1,磁屏蔽可使用鐵磁材料制作電子設(shè)備外殼時(shí)。當(dāng)殼外有磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁材料的高導(dǎo)磁率就將絕大部分磁感應(yīng)線（即磁場(chǎng)）導(dǎo)入殼體材料中，而進(jìn)入殼內(nèi)空腔的磁場(chǎng)降到最低值。,靜磁場(chǎng)是穩(wěn)恒電流或永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。靜磁屏蔽是利用高磁導(dǎo)率μ的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場(chǎng)。它與靜電屏蔽作用類似而又

14、有不同。靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來(lái)說(shuō)明。如將做成截面如圖7的回路，則鐵磁材料在外磁場(chǎng)中，絕大部份磁場(chǎng)集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯(lián)磁路來(lái)分析。因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內(nèi)通過(guò)，而進(jìn)入空腔的磁通量極少。這樣，被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場(chǎng)，從而達(dá)到靜磁屏蔽的目的。材料的磁導(dǎo)率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果

15、就愈顯著。因常用磁導(dǎo)率高的鐵磁材料如軟鐵、硅鋼、坡莫合金做屏蔽層，故靜磁屏蔽又叫鐵磁屏蔽。靜磁屏蔽在電子器件中有著廣泛的應(yīng)用。例如變壓器或其他線圈產(chǎn)生的漏磁通會(huì)對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生作用，影響示波管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產(chǎn)品的質(zhì)量，必須將產(chǎn)生漏磁通的部件實(shí)行靜磁屏蔽。在手表中，在機(jī)芯外罩以軟鐵薄殼就可以起防磁作用。前面指出，靜電屏蔽的效果是非常好的。這是因?yàn)榻饘賹?dǎo)體的電導(dǎo)率要比空氣的電導(dǎo)率大十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而鐵磁物質(zhì)與空氣的

16、磁導(dǎo)率的差別只有幾個(gè)數(shù)量級(jí)，通常約大幾千倍。所以靜磁屏蔽總有些漏磁。為了達(dá)到更好的屏蔽效果，可采用多層屏蔽，把漏進(jìn)空腔里的殘余磁通量一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比較笨重。但是，如果要制造絕對(duì)的“靜磁真空”，則可以利用超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)。即將一塊超導(dǎo)體放在外磁場(chǎng)中，其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B永遠(yuǎn)為零。超導(dǎo)體是完全抗磁體，具有最理想的靜磁屏蔽效果，但目前還不能普遍應(yīng)用。,感性耦合的屏蔽2,感性耦合：當(dāng)磁通密度為B的外部磁場(chǎng)干擾入侵到

17、受害的電路時(shí)，在環(huán)路中感生出一個(gè)電壓，電壓的大小可依據(jù)倫茲定理求出：v=-NA(dB/dt)。這里：N=1，A表示受害電路中電流環(huán)路的面積。,依據(jù)公式，有兩種減小干擾的方法：第一種方法是減小干擾源的場(chǎng)強(qiáng)，可以通過(guò)減小干擾源的電流環(huán)的面積，增加磁場(chǎng)的相互抵消作用。與”電流環(huán)”原理相同。另一種方法是減小受害電路電流環(huán)路的面積，從而減小其對(duì)感性干擾的敏感性，因?yàn)楦鶕?jù)Lenz定理，感生電壓正比于電流環(huán)路的面積。這兩種方法都牽涉到同樣做法

18、：減小電流環(huán)路的面積。減小了電路的發(fā)射干擾的能力也就是減小它接收干擾可能性。,感性屏蔽實(shí)例,同軸電纜雙絞線對(duì)接地平面網(wǎng)狀PCB,同軸電纜,屏蔽層所流過(guò)的電流與中心導(dǎo)體中流過(guò)的電流完全相同。在屏蔽層內(nèi)部，由中心導(dǎo)體中電流+I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全被屏蔽層中電流-I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消。在電纜的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，該電纜不向外輻射任何磁場(chǎng)，效果十分理想，同時(shí)它也能完全抵御外來(lái)的磁場(chǎng)干擾。因此該同軸電纜給電流環(huán)路增加的有效面積為0，但只有當(dāng)屏蔽

19、層中的電流與中心導(dǎo)體中電流完全相等時(shí)才是如此。,同軸電纜-一端接地,一端接地（圖a）：電流從中心導(dǎo)體流出，而后從公共的地連接返回。環(huán)路的面積難以確定。此時(shí)，屏蔽層不僅沒有攜帶與中心導(dǎo)體相同的電流，反而是不攜帶任何電流，因此不具有任何的磁場(chǎng)抵消功能。這樣的屏蔽無(wú)論是在發(fā)射EMI干擾還是在接受EMI干擾方面均無(wú)任何屏蔽效果。(但仍然具有靜電屏蔽的效果),同軸電纜-兩端接地,兩端接地(圖b)：屏蔽層所攜帶的返回電流多少依賴于所傳信號(hào)的頻率。

20、一般而言，電流環(huán)會(huì)沿著最低阻抗的路徑流動(dòng)。對(duì)于較低的信號(hào)頻率，從0Hz到幾kHz，電感不明顯，電流會(huì)選擇較低電阻的回路流動(dòng)。對(duì)于幾kHz以上的信號(hào)頻率，電感起主導(dǎo)作用，電流會(huì)選擇較低電感的回路流動(dòng)。低電感回路即是面積最小的回路。因此，對(duì)于高頻信號(hào)，屏蔽層能攜帶幾乎與中心導(dǎo)體相等的電流，從而能有效避免發(fā)射EMI干擾以及受到外界的EMI干擾。,同軸電纜使用光耦,光耦可以在切斷接地環(huán)路的同時(shí)，卻仍然保持同軸電纜的屏蔽有效性如圖。光耦的作

21、用就是設(shè)計(jì)一個(gè)不用接地的信號(hào)源，這樣電纜端部也不用接地，屏蔽層與中心導(dǎo)體流過(guò)的電流仍然相同。很明顯，如果信號(hào)源不接地，則不需要光耦。,雙絞線對(duì),縮小環(huán)路面積的廉價(jià)方法是讓輸出與返回導(dǎo)線緊密相鄰。即“雙絞線”的原理，這種方法給環(huán)路增加有限的面積。但由于以下原因，雙絞線的實(shí)際效果幾乎和同軸電纜一樣出色：首先，實(shí)際的同軸電纜并非象理想的那樣。如果每一段電纜的屏蔽層上的電流不是均勻地分布在中心導(dǎo)體的周圍，那么在屏蔽層外部的磁場(chǎng)就不能完全相

22、互抵消。即同軸電纜給電流環(huán)路所增加的有效面積不為0。其次，對(duì)于這種廉價(jià)的方法，輸出與返回兩條導(dǎo)線可以相互扭絞在一起。這樣不僅保證了它們能緊密相鄰，而耦合到兩條導(dǎo)線上的噪聲能相互抵消。因此，“雙絞線對(duì)”在抵御感性耦合方面和同軸電纜一樣的好。但是，雙絞線對(duì)不能提供靜電屏蔽。,地平面,當(dāng)涉及到較多的電流環(huán)時(shí)，縮小環(huán)路面積的最好的方法就是使用一個(gè)地平面。地平面是指一個(gè)能做為電路中所有電流返回通道的導(dǎo)電平面。通常情況下，它可能是多層PCB

23、板的一層或幾層。電路中所有接地點(diǎn)不再與PCB板中接地導(dǎo)線相連，而是直接連接到地平面。這就讓電路中的電流環(huán)路自由地選擇回路從而得到最小的環(huán)路面積(這時(shí)對(duì)所有頻率的信號(hào)，接地的阻抗主要是電感。)。如果某條信號(hào)線的輸出路徑是迂回地通過(guò)PCB板，則其在地平面上的返回路徑絕不會(huì)迂回曲折，因?yàn)檫@樣能減小了由電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)貯能。磁通減小就意味著減小了有效環(huán)路面積，和降低了對(duì)電感耦合的敏感性。,網(wǎng)狀PCB接地層,帶地平面的多層PCB較貴，另一種方法

24、是使用網(wǎng)狀PCB。雙面PCB中，將水平地導(dǎo)線布置在PCB板的某一面并將垂直導(dǎo)線布置在PCB板的另一面，以便于信號(hào)線與電源線的布置。當(dāng)水平地線與垂直地線空間交叉時(shí)，用通孔將它們連結(jié)。這樣做“電流環(huán)”面積仍然較大，但這些微小的接地環(huán)路對(duì)外來(lái)噪聲敏感度降低了。在縮小環(huán)路面積方面，網(wǎng)狀PCB接地幾乎與接地平面一樣出色。這樣就以低成本方法得到了一個(gè)十分優(yōu)化的電流分布方案。,射頻干擾的屏蔽,時(shí)變的電磁能產(chǎn)生時(shí)變的磁場(chǎng)，反之亦然。在遠(yuǎn)離時(shí)變電磁

25、場(chǎng)輻射源的地方，電場(chǎng)與磁場(chǎng)幅度的比值總是377歐。但是，在靠近電磁輻射源的地方，這個(gè)比值卻變化很大，并且與其自然特性有關(guān)。比值接近377歐的地方稱之為遠(yuǎn)場(chǎng)，相反則稱之為近場(chǎng)。比值E/H又稱為“波阻抗”。與干擾源距離小于1/6波長(zhǎng)的范圍屬于近場(chǎng)。對(duì)于 1MHz，近場(chǎng)的半徑約45米 ，對(duì)于10MHz的信號(hào),近場(chǎng)的半徑約為4.5米；在近場(chǎng)內(nèi)，RF干擾可只用考慮E-場(chǎng)(容性)耦合或H-場(chǎng)(感性)耦合問題，這也將影響到RF屏蔽措施的選擇以及

26、判斷某個(gè)RF屏蔽措施是否有效。 在鞭狀天線的近場(chǎng)，E/H比值大于377歐，也就是說(shuō)它主要發(fā)射E-場(chǎng)(電場(chǎng)) ；在環(huán)狀天線的近場(chǎng)，E/H比值小于377歐，也就是說(shuō)它主要發(fā)射H-場(chǎng)(磁場(chǎng))。所有的電流環(huán)都是環(huán)狀天線 。,RF屏蔽原理,RF屏蔽的原理是EMI會(huì)在屏蔽網(wǎng)中感應(yīng)出電流，這種感應(yīng)電流通過(guò)兩種途徑消耗其能量：其一是以I2R形式消耗在屏蔽材料中，也叫“吸收損失” ，原理與H-場(chǎng)相同；其二是EMI的反射，又稱“反射損失”，原理與E-

27、場(chǎng)的相同。由于反射損失是發(fā)生在屏蔽層表面的現(xiàn)象，因此與屏蔽材料的厚度無(wú)關(guān)；這兩種途徑的能量都來(lái)自于入侵的EMI干擾，因此，電磁干擾在穿過(guò)屏蔽層時(shí)被減弱。,RF屏蔽——箱體材料的選擇,銅與鋁具有相同的磁導(dǎo)率，但銅比鋁的導(dǎo)電率大一些，所以對(duì)E-場(chǎng)的反射效果要好一些。但鋼的效果要差一些；根據(jù)H-場(chǎng)的吸收損失公式可知，如果使用高導(dǎo)磁性和高導(dǎo)電性質(zhì)的材料，則對(duì)高頻的H-場(chǎng)屏蔽效果較好。在實(shí)際中若選用鋼鐵材料作屏蔽，導(dǎo)磁性上升，導(dǎo)電性能卻下降，

28、但在導(dǎo)磁性能方面的增長(zhǎng)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在導(dǎo)電性能方面的下降；通常的做法是用鋼鐵作屏蔽材料，而不用考慮昂貴的反射屏蔽，可能比鋼鐵材料導(dǎo)電性能好的材料貴不了多少，但此時(shí)卻不如鋼鐵的效果好。,RF屏蔽——箱體開孔,選擇屏蔽材料的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如屏蔽殼體的某些物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，如殼體上的開孔、柵格及拼接等。其機(jī)理與屏蔽材料中電流的流動(dòng)有關(guān)，即電流必須能夠自由流動(dòng)。如果屏蔽材料中的電流不得不繞過(guò)材料上的孔和縫流動(dòng)，如圖所示，則屏蔽效果將大打折扣

29、。,對(duì)策3：接地,地的種類大地安全地信號(hào)地實(shí)際應(yīng)用中接地編織電纜,“地”的種類,有兩種類型的“地”：大地和信號(hào)地。,大地,大地（“地球”）并非一個(gè)等電位的平面，其電位是變動(dòng)的。所以電子設(shè)備并不將大地作為電流的返回通路。,安全地,為了防止電擊，一般的電路均設(shè)計(jì)了保護(hù)接地，也稱“安全地”。右圖是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單相3線交流供電系統(tǒng)。白色導(dǎo)線在電源入口處接大地，如果負(fù)載電路有金屬外殼或框架，且如果黑色導(dǎo)線意外地與外殼短接，將會(huì)給操作人員

30、帶來(lái)電擊的危險(xiǎn)。如果外殼接大地，就沒有這種危險(xiǎn)。短路會(huì)造成保險(xiǎn)絲熔斷，而不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備外殼帶電。這種接大地的地被稱為“安全地”。這種三線供電系統(tǒng)的好處是提供了一條“安全地”導(dǎo)線。,信號(hào)地,信號(hào)地是電路中作為參照的點(diǎn)。通常與該點(diǎn)相連的導(dǎo)線也稱作“信號(hào)地”。在某些系統(tǒng)中，這類導(dǎo)線被稱作“電源公共端”或簡(jiǎn)稱“PSC”。在任何情況下，這類導(dǎo)線連接到實(shí)際參考點(diǎn)的方式是區(qū)別以下三種接地的依據(jù)：串聯(lián)接地并聯(lián)接地多點(diǎn)接地,三種基本接地方法,串

31、聯(lián)接地以其簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)使用較廣，但是它是三種接地方法中干擾噪聲最大的，其原因是電路之間通過(guò)公共的接地阻抗相互耦合；并聯(lián)接地法消除了公共接地阻抗的問題，但需要較多的接地導(dǎo)線；在多點(diǎn)接地系統(tǒng)中，采用一個(gè)接地平面，且各電路模塊通過(guò)很短的接地導(dǎo)線與其連接，從而減小了公共接地阻抗。,,,實(shí)際應(yīng)用中的接地,如果需要同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和電氣性能，則可以綜合串聯(lián)接地和并聯(lián)接地的方法。其思路是：對(duì)于具有相似噪聲特性的電路，采用串聯(lián)接地法，然后再按并

32、聯(lián)接地法連接到參考點(diǎn)。,,,,,,,,,,,1、噪聲特性相似的電路，內(nèi)部采用串聯(lián)接地法,2）高噪聲與大電流電路信號(hào)地,1）低噪聲電路信號(hào)地,3）實(shí)際地,2、并聯(lián)接到參考點(diǎn),3、連接到安全地,,,,,,,,,接地練習(xí),鐵制機(jī)柜,鐵制控制盒殼,低噪聲電路,,,高噪聲電路,,,信號(hào)地并聯(lián),箱體用銅帶連接到安全地，以防電擊,,并聯(lián)匯集到電源地,連接到安全地線,金屬殼體對(duì)電場(chǎng)干擾（容性耦合）、射頻干擾有一定的屏蔽作用,信號(hào)放大、濾波等模擬

33、電路屬于低噪聲電路，同性質(zhì)電路可串聯(lián),數(shù)字電路、開關(guān)/繼電/電機(jī)等通常屬于高噪聲電路，同性質(zhì)電路可串聯(lián),請(qǐng)思考：如何設(shè)計(jì)接地線路？,錯(cuò)誤的接地線設(shè)計(jì),,,,信號(hào)地與安全地不恰當(dāng)串聯(lián),,低噪電路與高噪電路不恰當(dāng)串聯(lián),編織電纜,采用編織電纜可以很好地消除接地阻抗，其原因是減少了趨膚效應(yīng)：在高頻情況下，電流傾向于沿著導(dǎo)體的表層流動(dòng)，并非均勻地分布在導(dǎo)體的整個(gè)截面。這種效應(yīng)使得導(dǎo)體阻抗增加，同時(shí)也指示出減小阻抗的方法，即控制導(dǎo)體截面的形狀

34、來(lái)獲得更多的表面積。與實(shí)心導(dǎo)體相比，編織電纜幾乎全是表面。,,對(duì)策4：電源分配與解耦,電源線的走線也要考慮到縮小電流環(huán)路的面積。但由于電源線要與系統(tǒng)中每個(gè)電路板相連，因而縮小電源線的電流環(huán)路十分困難；而且，電源線上的任何噪聲信號(hào)都會(huì)傳遞到系統(tǒng)中的每一個(gè)電路板。解耦電容的作用有兩個(gè)：1、電容就象一個(gè)放置在附近的電源以很小的線路阻抗提供尖峰電流；2、它為受EMI干擾的高頻元件縮小了電流環(huán)面積。,,對(duì)策5：容錯(cuò)設(shè)計(jì),硬件容錯(cuò)：方法之一

35、是采用“看門狗”電路。程序設(shè)計(jì)上要確保正常情況下周期性發(fā)布“喂狗”指令。 否則導(dǎo)致系統(tǒng)硬“復(fù)位”。軟件容錯(cuò)：方法之一是通常冗余指令的填充以便捕捉“跑飛”的程序。如：在所有沒使用的程序內(nèi)存中填滿NOP指令以及跳轉(zhuǎn)到恢復(fù)子程序的JMP指令。如果分段編寫程序并在段與段之間填充NOP和JMP指令。,對(duì)策6： ESD,瞬變抑制器壓敏電阻TVS管,汽車電磁環(huán)境,1、溫度極限從-40℃到+125℃(在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下)或+85℃(在車廂里)；2、

36、由點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁脈沖；3、能擊穿保護(hù)套的電源線瞬變；各種繼電器開關(guān)所產(chǎn)生的瞬變，如圖25所示，可能使電源線的瞬態(tài)電壓在幾u(yù)s內(nèi)從-200V到+400V間變化； 當(dāng)點(diǎn)火關(guān)斷時(shí)，受激勵(lì)的磁場(chǎng)會(huì)慢慢衰減，電源線上瞬變電壓可能在-40V到-100V間變化，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100us或更久； 無(wú)屏蔽導(dǎo)線間的互感耦合可以在無(wú)保護(hù)的電路中感應(yīng)出100V到200V的瞬變電壓；,2024/4/4,55,2024/4/4,56,2024/4/4,57,