隨著(zhù)工程師開(kāi)發(fā)日益復雜的方案來(lái)滿(mǎn)足舒適、安全、娛樂(lè )、動(dòng)力總成、引擎管理、穩定性和控制應用的需求，現代車(chē)載電子產(chǎn)品的數量將持續穩定地增長(cháng)。此外，隨著(zhù)非常復雜精密的電子產(chǎn)品在汽車(chē)應用中的日益普及，即使最基本型的車(chē)輛也配置了幾年前一直是高檔車(chē)才有的電子設備。

過(guò)去，汽車(chē)電子的增長(cháng)動(dòng)力是舒適和便利等與安全無(wú)關(guān)的應用。通常，如采用電動(dòng)升降窗或中控鎖，這些產(chǎn)品只不過(guò)是取代了現有的機械系統。最近，汽車(chē)電子的范疇已經(jīng)擴展到支持與安全相關(guān)的應用，如引擎優(yōu)化、主被動(dòng)安全系統以及包括GPS在內的高級信息娛樂(lè )系統。

現在，我們正在迎接汽車(chē)電子發(fā)展的第三次革命。汽車(chē)電子不再僅僅支持關(guān)鍵的功能，而且深入到汽車(chē)的控制之中，提供重要的駕駛員信息、控制引擎、避撞監測和避碰、執行線(xiàn)控剎車(chē)和轉向或對車(chē)內環(huán)境實(shí)施智能控制。

對于通用嵌入式硬件電子平臺來(lái)說(shuō)，速度和成本是眾所周知的問(wèn)題。這些平臺具有基本或公用的硬件功能，通過(guò)面向應用的軟件設計，可以為同一車(chē)型系列或不同車(chē)廠(chǎng)的各種車(chē)型專(zhuān)門(mén)定制功能。系統級芯片(SoC)半導體器件將各種功能集成到單一芯片之中，減少了對元件數量和占位空間的要求，在確保長(cháng)期可靠性的同時(shí)，對于成功地開(kāi)發(fā)通用嵌入式電子平臺是至關(guān)重要的。

電磁兼容性

隨著(zhù)汽車(chē)電子產(chǎn)品數量的增加和復雜電子模塊在整個(gè)車(chē)輛中分布的增加，工程師面臨日益嚴峻的電磁兼容性設計挑戰，問(wèn)題主要存在于三個(gè)方面：

1. 如何把電磁易感性(EMS)降低到最??？以保護電子產(chǎn)品免受其它電子系統(如移動(dòng)電話(huà)、GPS或信息娛樂(lè )系統)的有害電磁輻射的影響。

2. 如何保護電子產(chǎn)品免受惡劣汽車(chē)環(huán)境的影響？包括電源電壓大的瞬間變化、重負載或感性負載(如車(chē)燈和啟動(dòng)機)引起的干擾。

3. 如何將可能對其它汽車(chē)電子電路產(chǎn)生影響的EME控制為最??？

隨著(zhù)系統電壓、車(chē)載電子設備數量以及頻率的增加，這些問(wèn)題將更加具有挑戰性。此外，許多電子模塊將與廉價(jià)的、線(xiàn)性度較低、偏移較大的低功率傳感器接口，這些傳感器工作在小信號狀態(tài)，電磁干擾對它們工作狀態(tài)的影響可能是災難性的。

符合性和標準

上述問(wèn)題表明，汽車(chē)EMC符合性測試已經(jīng)成為汽車(chē)設計的主要元素。符合性測試的標準化一直在車(chē)廠(chǎng)、車(chē)廠(chǎng)配套供應商及不同的立法團體中進(jìn)行。然而，EMC問(wèn)題發(fā)現得越晚，找到EMC問(wèn)題的根源就越困難，解決方案的成本會(huì )越高，受到的局限性就可能越大。正因為如此，從IC設計、PCB量產(chǎn)、模塊的實(shí)現到整車(chē)的設計的全過(guò)程著(zhù)手考慮EMC問(wèn)題將是基本的設計方法。為了便于實(shí)施這一過(guò)程，模塊級預符合性測試和IC級測試已經(jīng)實(shí)現了標準化。

設計符合EMC的IC和模塊

下面是IC設計應該遵循的EMC標準：

EME標準 IEC 61967: 針對150kHz到1GHz范圍的輻射型和傳導型電磁發(fā)射的測量。

EMS標準 IEC 62132: 針對150kHz到1GHz范圍的電磁免疫性(抗電磁干擾性)的測量。

瞬態(tài)標準 ISO 7637: 針對公路車(chē)輛引起的傳導和耦合電氣干擾的測量。

系統設計工程師如何才能確保其SoC及最終模塊滿(mǎn)足上述標準的要求呢？傳統的SPICE模型(以集成電路設計為重點(diǎn)的模擬電路仿真器)在此不管用，因為電磁場(chǎng)與基于SPICE的仿真環(huán)境不兼容。在IC設計層面，電磁場(chǎng)只能用電場(chǎng)來(lái)建模，因為，芯片和封裝的尺寸比電磁信號的波長(cháng)要小得多(1GHz信號的波長(cháng)是30cm，遠遠大于IC的尺寸)。在此要注意的關(guān)鍵是輻射型發(fā)射和易感性不是IC的主要問(wèn)題，印刷電路板和電纜上的有效天線(xiàn)才是引起傳導型發(fā)射和易感性等主要問(wèn)題的原因。

設計工程師要采取若干技術(shù)來(lái)確保EMC符合性，下面依次考察EME和EMS。

EM發(fā)射

EME(電磁發(fā)射)是由像天線(xiàn)一樣的外部環(huán)路中的高頻電流產(chǎn)生的，這樣的高頻電流包括：

--核心數字邏輯的開(kāi)關(guān)，如DSP和時(shí)鐘驅動(dòng)器(同步邏輯生成包含許多高頻成分的大量電流尖峰)；

--模擬電路的動(dòng)作；

--數字I/O引腳的開(kāi)關(guān)；

--將大電流尖峰傳遞到電路板和線(xiàn)束的大功率輸出驅動(dòng)器；

為了將這些因素的影響降低到最小，設計工程師應該盡可能采用低功率的電路，包括較低電壓、自適應電源電壓、在頻域上擴譜時(shí)鐘信號的架構。當數字系統中某些部分不工作的時(shí)候，要將其關(guān)閉以減少單時(shí)鐘周期上的元件開(kāi)關(guān)的數量。此外，通過(guò)把時(shí)鐘和驅動(dòng)信號的開(kāi)關(guān)邊沿斜率降低并提供軟開(kāi)關(guān)特性，也有助于減少EME。最后，設計工程師應該仔細設計外部和芯片的版圖。例如，采用雙絞線(xiàn)的差分輸出信號產(chǎn)生的EME較低，且不易受EME的影響。VDD和VSS彼此之間接近和有效的電源去耦也是降低EME的簡(jiǎn)單技術(shù)。

EM易感性

整流/泵、寄生元件、電流、功耗太大是EMS(電磁易感性)的四個(gè)最主要干擾效應。高頻電磁功率被部分吸納在IC之中，因此，可能會(huì )引起若干擾動(dòng)。這些擾動(dòng)包括將大的高頻電壓傳入高阻抗節點(diǎn)及把大的高頻電流傳入低阻抗節點(diǎn)。

將EMS效應減少到最小的主要辦法是把電路設計勻稱(chēng)，因而避免可能出現整流現象。采用差分電路拓撲和版圖設計可以做到這一點(diǎn)。即使對于應用中需要小信號的傳感器，能夠處理較大共模信號的拓撲可能有助于保持系統在寬范圍電磁信號內保持線(xiàn)性。通過(guò)濾波可以限制進(jìn)入敏感器件的頻率范圍，這是另外一種常用的技術(shù)，特別是在可以采用片上濾波的時(shí)候。采取高共模抑制比(CMRR)和電源抑制比設計(PSRR)也將使電路免受整流干擾，并保持內部節點(diǎn)阻抗為低且所有敏感節點(diǎn)都在片上。最后，為了避免或控制寄生元件和電流，采用保護器件將大于所要求的EMS抑制電平的部分鉗位掉是很重要的。該技術(shù)有助于避免整流干擾并維持保護電平與信號對稱(chēng)。把襯底電流控制在最小并把這些電流聚集在受控點(diǎn)中也是關(guān)鍵。

AMI公司提供的最新器件

許多設計工程師正在尋求混合信號半導體技術(shù)來(lái)為當今的汽車(chē)應用提供SoC方案，最新的高壓混合信號技術(shù)特別適合于需要較高電壓輸出的設計，例如驅動(dòng)電機或激勵繼電器，以便將模擬信號調理功能與復雜的數字處理結合起來(lái)。

至于高壓和混合信號ASIC技術(shù)，AMI公司的I2T和I3T系列就是優(yōu)秀的例子。該設計處理的電壓高達80V，基于0.35μm CMOS技術(shù)的I3T80在單芯片內集成了復雜的數字電路、嵌入式處理器、存儲器、外圍設備、高壓功能和不同的接口。

AMIS采用混合信號技術(shù)和許多上述優(yōu)秀的EMC設計方法開(kāi)發(fā)了針對汽車(chē)應用的一系列ASSP，包括AMIS-41682標準速度、AMIS-42665和AMIS-30660高速CAN收發(fā)器。對于要求CAN通信速率最高達1Mbps的12V和24V汽車(chē)及工業(yè)應用，這些器件為CAN控制器和物理總線(xiàn)之間提供了接口并簡(jiǎn)化設計和減少了元件數量。例如，AMIS-30660完全符合ISO 11898-2標準，并通過(guò)CAN控制器的發(fā)送和接收引腳向CAN總線(xiàn)提供差分信令能力；該芯片為設計工程師提供了3.3V或5V邏輯電平接口的選擇，確保兼容現有的應用及即將出現的低電壓設計需求。仔細匹配輸出信號，就可以省略最小化EME所需要的共模扼流圈，同時(shí)接收輸入的寬共模電壓范圍(±35V)還可確保高的EMS性能。

電磁兼容設計的重要性

隨著(zhù)現代汽車(chē)中電子設備的增加，越來(lái)越要求進(jìn)行良好的設計以確保符合電磁兼容標準的要求。與此同時(shí)，隨著(zhù)集成度的提高，汽車(chē)設計工程師需要系統級芯片ASIC和ASSP方案來(lái)替換多個(gè)離散元件的方案。