伴隨越來(lái)越多的高科技汽車(chē)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，如何解決汽車(chē)電子系統(tǒng)的電磁兼容問(wèn)題，提高汽車(chē)的可靠性和安全性，已經(jīng)成為一個(gè)非常重要和迫切的問(wèn)題。然而接地設(shè)計(jì)作為根治電磁兼容問(wèn)題方法之一，地偏移測(cè)試顯得就尤為重要了，因此本文對(duì)接地設(shè)計(jì)及地偏移測(cè)試進(jìn)行了解讀。

一、整車(chē)系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

1、 地線的意義

地線在汽車(chē)上不僅僅是一個(gè)接點(diǎn)，它是一個(gè)綜合的系統(tǒng)的汽車(chē)電氣系統(tǒng)，它的主要功能有：

• 提供給直流負(fù)載、交流負(fù)載和瞬變負(fù)載電流回路，連接蓄電池或發(fā)電機(jī)的負(fù)極端；
• 提供電壓給傳感器、通訊系統(tǒng)、單端數(shù)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(hù)；
• 汽車(chē)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(gè)主要關(guān)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(rùn)滑油對(duì)傳導(dǎo)地線連接板及其緊固件的影響；

潛在的腐蝕；

潛在的機(jī)械退化。

3、 汽車(chē)上接地的符號(hào)以及接地回路見(jiàn)下

整車(chē)電氣地：主要為 DC 回路中發(fā)電機(jī)和蓄電池，以及 AC 回路中所有產(chǎn)品 RF 地；

整車(chē)結(jié)構(gòu)地：標(biāo)識(shí)為汽車(chē)結(jié)構(gòu)件（例如發(fā)動(dòng)機(jī)、白車(chē)身等）接地標(biāo)識(shí)；

產(chǎn)品電路接地：產(chǎn)品電路接地，包括模擬地、數(shù)字地都可以使用此符號(hào)；

4、 實(shí)車(chē)使用的接地結(jié)構(gòu)圖

圖 1 實(shí)車(chē)的接地結(jié)構(gòu)圖

此為實(shí)車(chē)使用的接地結(jié)構(gòu)圖，其中所有的接地最終回到蓄電池和發(fā)電機(jī)的負(fù)極端。隨著頻率的增大，回路的阻抗也會(huì)增大，最終會(huì)導(dǎo)致電流流過(guò)不希望的回路，出現(xiàn)共模干擾，進(jìn)而產(chǎn)生EMC效應(yīng)，損壞產(chǎn)品。

那么大家會(huì)問(wèn)為什么地偏移會(huì)產(chǎn)生共模干擾呢？提到共模干擾不得不說(shuō)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(shè)備的通信線， 與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路，至少有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào)，在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體，這就是“地線”。電壓和電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有兩種形態(tài)， 一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸， 我們稱(chēng)之為“差模”；另一種是兩根導(dǎo)線做去路，地線做返回傳輸， 我們稱(chēng)之為“共模”。

圖 2

如上圖， 藍(lán)色信號(hào)是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)模覀兎Q(chēng)之為“差模”；而黃信號(hào)是在信號(hào)與地線之間傳輸?shù)模覀兎Q(chēng)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(lái)表示：共模干擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，屬于非對(duì)稱(chēng)性干擾，它定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱(chēng)性干擾，它定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)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(guò)導(dǎo)線產(chǎn)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(shè)備對(duì)外的干擾多以共模干擾為主，外來(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。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(hào)走線阻抗不連續(xù)，以及信號(hào)回流路徑流過(guò)了意料之外的通路等，差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流。

發(fā)生了地偏移為了保證車(chē)網(wǎng)絡(luò)能夠正常通信，沒(méi)有錯(cuò)誤幀的出現(xiàn)，需要進(jìn)行整車(chē)的地偏移測(cè)試。

3、 CANDT地偏移測(cè)試

1、 測(cè)試目的

本測(cè)試用例用于檢查發(fā)生地偏移故障狀態(tài)過(guò)程中 DUT 的 CAN 總線通信狀態(tài)，并檢查該故障修復(fù)后 DUT 是否能夠恢復(fù) CAN 總線通信。

2、 判斷依據(jù)

在地偏移電壓從 0V 變化至 2V（用戶可設(shè)置該范圍） 過(guò)程中，不允許DUT 出現(xiàn)CAN 總線通信故障（如：發(fā)送錯(cuò)誤幀等）。

3、 測(cè)試原理及步驟

圖 5

• 配置控制板至地偏移測(cè)試模式；
• 配置并開(kāi)啟 DUT 電源；
• CANScope 正常模式連接；
• 通過(guò)調(diào)節(jié)電壓源將DUT的接地電壓，直至 DUT 停止 CAN 總線通信；
• 恢復(fù) DUT 的接地電壓為正常狀態(tài)（0V 左右），使用 CANScope 記錄 DUT 發(fā)送的CAN 總線數(shù)據(jù)；
• 分析能否正確接收?qǐng)?bào)文并判定結(jié)果。

本測(cè)試用于檢驗(yàn)組件的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)情況，比如一個(gè)組件的電源由蓄電池和發(fā)動(dòng)機(jī)雙路提供，電源電壓可能不一致，導(dǎo)致地偏移發(fā)生，為了檢測(cè)CAN信號(hào)能否正常通信，可以使用ZLG致遠(yuǎn)電子的CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)。

CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)

CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)可自動(dòng)化完成CAN節(jié)點(diǎn)物理層、鏈路層及應(yīng)用層一致性測(cè)試，是當(dāng)前CAN總線測(cè)試領(lǐng)域唯一能夠進(jìn)行完善的物理層自動(dòng)化測(cè)試并導(dǎo)出報(bào)表的儀器設(shè)備，詳情架構(gòu)如下圖

圖6

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，用CANDT對(duì)總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地偏移進(jìn)行一致性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可生成報(bào)表，如圖7所示。

圖7

• 測(cè)試完成后，用戶可導(dǎo)出自動(dòng)化測(cè)試報(bào)告，對(duì)于未通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目可使用CAN總線分析儀對(duì)故障進(jìn)行干擾排除并進(jìn)行可靠性測(cè)試，以加強(qiáng)被測(cè)設(shè)備的魯棒性，并且ZLG致遠(yuǎn)電子的CAN總線專(zhuān)家會(huì)協(xié)助用戶，對(duì)未通過(guò)項(xiàng)目進(jìn)行分析，給出整改建議；
• 根據(jù)測(cè)試報(bào)告，還可以跟蹤測(cè)試條目的標(biāo)準(zhǔn)出處、測(cè)試步驟以及判斷依據(jù)等；
• 主機(jī)廠可以依據(jù)此報(bào)告評(píng)估CAN節(jié)點(diǎn)質(zhì)量，作為主機(jī)廠準(zhǔn)入依據(jù)。