隨著汽車行業的快速發展，車內電子設備數量不斷增加、其複雜性持續攀升，車載通訊方式也日益多樣化，比如我們常見的LIN通訊、CAN通訊、乙太網通訊、Flexray 通訊等。在汽車電子電器零部件電磁相容性（EMC）測試中，通常這些信號都需要經過光電轉換器進入到電波暗室中，然後再與測試樣品進行通訊，以隔離暗室外信號帶來的干擾。

 

 

然而，光電轉換器在電-光-電的轉換過程中會引入一部分電磁干擾，成為電波暗室中的額外底噪，影響測試結果的精確性。在實際應用中，光電轉換信號對電波暗室環境底噪的影響主要來源於以下幾個方面：

 

• 轉換器電磁干擾：光電轉換器在將電信號轉化為光信號，或從光信號轉化回電信號的過程中，會產生一定量的電磁干擾。這主要是由轉換器內部電子元件的運行產生的，這些干擾如果未能有效遮罩，會在電波暗室中形成額外的底噪。
• 設計與遮罩不充分：光電轉換器的設計與遮罩措施不充分，可能導致電磁干擾外泄。類似的問題還可能出現在光電轉換器的供電輸入部分，從而對電波暗室環境底噪造成影響。
• 環境因素：外部環境，如溫度和濕度的變化會影響光電轉換器和光纖的性能。例如，高溫會增加電子元件的工作雜訊水準，導致電磁干擾增加。
• 光纖連接處干擾：儘管光纖本身不產生電磁輻射，但光纖與轉換器的連接點可能成為干擾源。處理不當可能引入額外的電磁干擾。
• 信號自身所寄生的高頻干擾：車上使用的各種通訊及信號（如乙太網通訊、CAN通訊、LIN通訊、PWM信號等），採用示波器來觀察電壓波形，可以看到波形的上升、下降速度是比較快的，一般情況下可以達到µs級別，甚至 ns 級別。這種快速變化的信號會寄生一部分電磁波高頻分量。這些高頻分量能顯著增加電波暗室的底噪水準，從而掩蓋產品在測試過程中的真實電磁干擾發射，使得無法準確測定樣品的真實干擾水準。針對這種情況，必須採取有效的濾波和信號處理措施。

 

為減少光電轉換器及信號寄生的高頻電磁波對電波暗室環境底噪的影響，可以採取以下措施：

 

1. 選擇高品質光電轉換器和遮罩措施

使用高信噪比、低電磁干擾的光電轉換器，並採取有效的遮罩措施，如採用遮罩盒、遮罩外殼等工具減少電磁干擾外泄。採用遮罩盒時，可以在遮罩盒上設計專門的電源供電轉介面、DB9轉介面、乙太網轉介面等，避免光電轉換器的供電線、信號線直接穿過遮罩盒，增加干擾外洩的可能。

 

如下示意圖是遮罩箱介面板的一些常用信號轉介面，在使用遮罩箱時，信號應盡可能經過轉介面再接到外部，以最大限度隔離訊號轉換器自帶的干擾經過線束輻射到電波暗室內。

 

 

2. 在光電轉換器信號輸出端加濾波

基於信號上升、下降沿時間較短（速度較快）而隨之帶來的高頻電磁波寄生成分的情況，針對光轉信號的輸出端（電波暗室內的光電轉換器端），可以加裝一些濾波電路，以抑制寄生的高頻分量干擾，從而降低底噪水準。為了滿足發射底噪的要求，在不影響通訊品質的前提下，不同的產品、不同的通訊鏈路所能匹配的濾波電路也不盡相同，濾波電路可能需要針對不同產品作出調整。

 

下面給出了LIN信號埠增加濾波電容後，LIN信號波形的變化情況。可以看出，並聯的電容值越大，LIN信號波形斜率越慢，但相應的LIN電壓波形變形也越嚴重，需要關注因此而帶來的信號品質下降。

 

LIN信號波形，未加濾波電容，總體圖                      LIN信號波形，未加濾波電容，上升沿_7.2µs

                   

 

LIN信號波形，並聯2.2nF電容，總體圖                     LIN信號波形，並聯2.2nF電容，上升沿_9.2µs

               

 

LIN信號波形，並聯10nF電容，總體圖                      LIN信號波形，並聯10nF電容，上升沿_25.6µs

            

 

下面給出了 LIN 信號埠增加濾波電容前後電磁輻射發射干擾的改善情況。可以看出，LIN信號鏈路在增加濾波電容後，電磁干擾在 150~300kHz 附近有著明顯的改善：

 

未加濾波電容                                並聯2.2nF電容，下降約5dB                     並聯10nF電容，下降約9dB

                                       

 

3. 對於高速CAN信號增加合適的匹配電阻

對於高速CAN信號，增加合適的匹配電阻也可以有效改善電磁輻射發射的干擾。

下面給出了高速CAN信號埠增加匹配終端電阻前後電磁輻射發射干擾的改善情況。可以看出，高速CAN信號鏈路在增加合適的匹配電阻後，電磁干擾有明顯的改善。

 

高速CAN信號鏈路，未加120匹配終端電阻                     高速CAN信號鏈路，增加120匹配終端電阻

                 

 

4. 對於帶PWM信號的產品減緩 PWM 斜率

對於帶PWM信號的產品，比如空調控制器、冷卻風扇、背光燈等，可以調整PWM信號的上升、下降沿來降低PWM信號帶來的底噪干擾，且相對於CAN/LIN通訊產品來說，這類產品對於斜率的調整敏感度比較低，所以在把斜率減得更加緩慢的情況下，大多數樣品也可以正常工作。

 

下面給出了減緩PWM斜率前後的波形圖和電磁輻射干擾圖。可以看出，減緩 PWM 的斜率後，在 150kHz 以下的頻段，電磁輻射干擾得到有效改善：

 

PWM波形圖，總體圖

（藍色：未減緩的波形；紅色：減緩後的波形）

 

PWM波形圖，細節圖

（藍色：未減緩的波形；紅色：減緩後的波形）

 

電磁輻射發射 – 斜率減緩前                                                          電磁輻射發射 – 斜率減緩後

                                     

 

5. 優化光纖連接點

另外，優化光纖連接點也有助於改善光電轉換器所帶來的干擾：在光纖連接部位採取嚴格的連接處理，避免鬆動和接觸不良。在可能的情況下，使用專門設計的連接器，並定期檢查和維護連接狀態，確保其穩定性和可靠性。光纖頭的透光性也需要定期檢查，如果透光性不好，需要使用專門的工具對光纖頭進行打磨，確保光纖狀態良好。

 

信號光電轉換器在汽車電子EMC測試中是很常見的，但其在轉換過程中產生的電磁干擾可能會對電波暗室環境的底噪水準造成影響，從而影響測試結果的準確性。通過選擇高品質的轉換器，採用適當的遮罩處理、信號處理和濾波措施等，可以進一步降低光電轉換器和信號所帶來的電磁干擾，改善電磁輻射發射的電波暗室底噪環境。未來，隨著光電轉換信號技術和EMC測試技術的持續發展，預期將有更多的創新和技術改進，為汽車電子產品的開發和驗證提供更加堅實的支援，確保車輛電子系統的安全性和可靠性。

 

作為一家擁有150多年經驗的檢測認證機構，TÜV萊因始終保持在汽車領域的領先性，憑藉其在汽車零部件檢測領域的專業團隊和技術優勢，得到了國內外主流車企的充分認可。截至目前，TÜV萊因汽車電子EMC實驗室已獲得德國大眾、德國寶馬、美國通用汽車、Stellantis 集團、現代汽車、馬自達汽車、富豪汽車、東風日產、一汽集團、長安汽車、吉利汽車、上汽集團、廣汽集團、賽力斯、長城汽車、福田汽車、東風嵐圖、零跑汽車、北京汽車、奇瑞商用車等30多家國內外知名車企的認可。此外，汽車零部件環境可靠性實驗室也先後獲得德國大眾、德國寶馬、北京賓士、上汽集團等眾多國內外整車企業的認可。