汽车电子产品电磁兼容性(EMC)分析、仿真及优化设计

【摘要】电磁兼容性(EMC)是衡量电子设备正常的功能、性能是否良好的一个重要标准,对电子设备的安全性和可靠性有着重要的影响。汽车电子产品对电磁兼容性要求严格,在设计时必须加以考虑。在初期设计阶段考虑并处理好信号完整性方面的问题,是控制EMC问题的关键。本文从信号完整性的角度,通过仿真分析,对项目开发的基于控制器局域网(CAN总线)的车用组合开关做硬件上的优化设计,为印制电路板(PCB)的设计提供合理的约束条件,以使单板能符合汽车电子行业的EMC指标和信号完整性要求。本文先介绍信号完整性,对电子设备中的各种信号完整性问题进行分类,并介绍了硬件设计中用到的信号完整性仿真工具,器件模型和仿真流程。基于传输线基本理论,运用分布参数模型分析信号在传输线上的传输特性,以及传输线的特性参数对信号传输的影响。然后基于传输线理论,对信号完整性的两大主要问题反射和串扰进行深入分析。分别研究了反射和串扰的形成机理。对不同类型的阻抗突变、信号上升时间、传输线延时等反射和串扰的相关影响因素做仿真对比分析。根据仿真分析的结果,提出了在硬件设计过程中减小反射和串扰的方法措施。在上述基础上,对所设计的CAN总线车用组合开关关键信号网络上的信号完整性做仿真分析和优化设计。对关键通讯信号线上的单端信号和差分信号网络做反射仿真分析,研究采用不同的端接匹配方式时接收端信号存在的过冲和抖动,以选择合适的匹配方案和匹配参数。通过串扰仿真,分析了在系统最大工作频率下,并行线间的串扰。根据仿真结果,确定串扰饱和线长,以及将串扰噪声控制在信号幅值10%范围内的并行线最大耦合线长和最小线间距。根据仿真分析结果,设计合适的布线约束规则。在设计阶段解决硬件的信号完整性问题,减小或消除关键信号网络上存在的反射、串扰、振铃等,提高信号传输质量,不仅有助于减弱信号的辐射强度,还可以增加单板信号的噪声裕量,提高系统的抗干扰能力,降低外界电磁干扰对设备性能的影响。通过专业仿真工具的高精度分析,从而在硬件设计阶段处理好电磁兼容问题,是使电子设备达到EMC测试标准最有效、成本最低的方法。
【作者】刘文英；
【导师】薛安克；邹洪波；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】电磁兼容性；信号完整性；反射；串扰；

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