伴隨越來越多的高科技汽車電子產品的開發與應用,如何解決汽車電子系統的電磁兼容問題,提高汽車的可靠性和安全性,已經成為一個非常重要和迫切的問題。然而接地設計作為根治電磁兼容問題方法之一,地偏移測試顯得就尤為重要了,因此本文對接地設計及地偏移測試進行了解讀。

一、整車系統接地設計

1、地線的意義

地線在汽車上不僅僅是一個接點,它是一個綜合的系統的汽車電氣系統,它的主要功能有:

●提供給直流負載、交流負載和瞬變負載電流回路,連接蓄電池或發電機的負極端;

●提供電壓給傳感器、通訊系統、單端數字輸入等;

●靜電屏蔽,隔離外部RF輻射;

●提供靜電放電泄流,ESD保護;

●汽車天線的地平面;

●降低電平,減小腐蝕。

2、地線可靠性

地線回路的可靠性主要由以下幾個主要關鍵因素決定:

●接地金屬的連接面,包括接地板之間、接地線和接地板之間的連接情況;

●涂覆層及潤滑油對傳導地線連接板及其緊固件的影響;

●潛在的腐蝕;

●潛在的機械退化。

3、汽車上接地的符號以及接地回路見下

整車電氣地:主要為 DC 回路中發電機和蓄電池,以及 AC 回路中所有產品 RF 地;

整車結構地:標識為汽車結構件(例如發動機、白車身等)接地標識;

產品電路接地:產品電路接地,包括模擬地、數字地都可以使用此符號;

4、實車使用的接地結構圖

圖1 實車的接地結構圖

此為實車使用的接地結構圖,其中所有的接地最終回到蓄電池和發電機的負極端。隨著頻率的增大,回路的阻抗也會增大,最終會導致電流流過不希望的回路,出現共模干擾,進而產生EMC效應,損壞產品。

那么大家會問為什么地偏移會產生共模干擾呢?提到共模干擾不得不說差模干擾,下面我們一起了解一下吧。

二、共模干擾與差模干擾

電器設備的通信線, 與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作為往返線路輸送電力或信號,在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模";另一種是兩根導線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。

圖 2

如上圖, 藍色信號是在兩根導線內部作往返傳輸的,我們稱之為"差模";而黃信號是在信號與地線之間傳輸的,我們稱之為"共模"。

任何兩根電源線或通信線上所存在的干擾,均可用共模干擾和差模干擾來表示:共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾,它定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差;差模干擾在兩導線之間傳輸,屬于對稱性干擾,它定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。在一般情況下,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導線產生輻射,所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。圖3為共模干擾。

圖 3

共模干擾的電流大小不一定相等,但是方向(相位)相同的。電氣設備對外的干擾多以共模干擾為主,外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會對設備產生危害,但是如果共模干擾轉變為差模干擾,干擾就嚴重了,因為有用信號都是差模信號。如圖4為差模干擾。

圖 4

差模干擾的電流大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續,以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會轉換成共模電流。

發生了地偏移為了保證車網絡能夠正常通信,沒有錯誤幀的出現,需要進行整車的地偏移測試。

三、CANDT地偏移測試

1、測試目的

本測試用例用于檢查發生地偏移故障狀態過程中 DUT 的 CAN 總線通信狀態,并檢查該故障修復后 DUT 是否能夠恢復 CAN 總線通信。

2、判斷依據

在地偏移電壓從 0V 變化至 2V(用戶可設置該范圍) 過程中,不允許DUT 出現CAN 總線通信故障(如:發送錯誤幀等)。

3、測試原理及步驟

圖 5

●配置控制板至地偏移測試模式;

●配置并開啟 DUT 電源;

●CANScope 正常模式連接;

●通過調節電壓源將DUT的接地電壓,直至 DUT 停止 CAN 總線通信;

●恢復 DUT 的接地電壓為正常狀態(0V 左右),使用 CANScope 記錄 DUT 發送的CAN 總線數據;

●分析能否正確接收報文并判定結果。

本測試用于檢驗組件的可靠運轉情況,比如一個組件的電源由蓄電池和發動機雙路提供,電源電壓可能不一致,導致地偏移發生,為了檢測CAN信號能否正常通信,可以使用ZLG致遠電子的CANDT一致性測試系統。

CANDT一致性測試系統

CANDT一致性測試系統可自動化完成CAN節點物理層、鏈路層及應用層一致性測試,是當前CAN總線測試領域唯一能夠進行完善的物理層自動化測試并導出報表的儀器設備,詳情架構如下圖

圖6

根據測試標準,用CANDT對總線上各個節點的地偏移進行一致性測試,測試結果可生成報表,如圖7所示。

圖7

●測試完成后,用戶可導出自動化測試報告,對于未通過的測試項目可使用CAN總線分析儀對故障進行干擾排除并進行可靠性測試,以加強被測設備的魯棒性,并且ZLG致遠電子的CAN總線專家會協助用戶,對未通過項目進行分析,給出整改建議;

●根據測試報告,還可以跟蹤測試條目的標準出處、測試步驟以及判斷依據等;

●主機廠可以依據此報告評估CAN節點質量,作為主機廠準入依據。