車輛研究測試中心 研發處 / 張右龍

基於全球汽車產業對車載電子的依賴性越來越大，因此使得車載電子不斷迅速成長，相對使電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）的課題日趨重要。其中電磁兼容性包含：電磁耐受性（Electromagnetic susceptibility）及電磁干擾（Electromagnetic interference）；由於車輛屬於一項長距離移動的交通工具，相較於一般資訊產品，其穩定度的要求嚴格許多，因此在產品初期的開發過程中，設計者首先要了解相關應用環境，規劃產品可能面臨到的影響，包含：(1)環境周遭介質，包括水、空氣、粉塵可能會對特定使用設備的影響；(2)事前必須先行擬定車內環境條件下，可能會發生的問題及影響程度；(3)選擇環境條件及設計參數時，應先確認這些環境條件是依序、重覆循環或獨立的方式產生；(4)若電子產品長時間暴露在上述環境之下，而且是以重覆或依序的不同條件時，則在設計時，應選擇重覆循環的環境條件。

根據上述，一個車載電子系統在進行系統穩定相關測試時，不僅需要接受EMC測試，且需要接受Non-EMC的測試；就測試內容而言，EMC測試主要包含：EMI與EMS測試，Non-EMC測試主要內容：依照環境負載可分為(1)機械負載－包括正弦振動、隨機振動及機械衝擊等；(2)電力負載－包括穩態電力、操作電壓、過電壓、啟動電壓等及暫態電；(3)氣候負載－包括高低溫、溫度變化、溼度、塵、水及鹽霧等；(4)化學負載－包括機油、煞車油、電頻液、去污劑等。

車載電子系統的控制，一般皆由印刷電路板(PCB)與電子主動或被動零件組成，為了達到即時(Real-Time)控制或監控，PCB訊號設計以高速進行資料傳遞或轉換，因此提高系統穩定度與干擾防治必須在PCB設計初期就需要考慮的；所以PCB 製作之前應先注意元件放置(Placement)的位置，一方面需考慮電路板外部接線端子的位置，另一方面也需考慮不同性質的電路應予以適當的區隔。同屬性電路應該放置在一起，如圖一所示，為系統屬性區域分割圖， PCB中含有不同類型的組成區塊，包含類比區、數位區、電源區、端子連結區等；其中電源區域包含電源供應IC，類比區域包含運算放大器、功率晶體等類比元件，數位區域包含記憶儲存元件與數位訊號處理器等，在現今車載電子系統中有許多高速的數位 IC，因此必須採取適合高速混合訊號電路設計技術去維持系統之性能；當系統中存在著混合訊號時，數位訊號工作頻率高，類比訊號敏感度強，所以必須在 PCB 中將數位、類比訊號區隔分開，且接地迴路不能混雜一起，必須加以分隔以降低系統間的耦合。 

PCB上的邏輯閘開關時，電源線上會產生暫態的脈衝電流，由於電源線多少具有微小的電感性，電源線的雜訊干擾可藉由解耦電容來降低，解耦電容可分為兩類，一類是置於IC旁的削尖電容(despiking capacitor)，另一類則是置於電源端的大型解耦電容(bulk decoupling capacitor)。 IC旁的削尖電容其特質為容量小、頻寬高，目的在於提供IC開關時的瞬間脈衝電流。但這些電容也需補充瞬間所損失的電荷，這就必須藉由PCB電源輸入端的大型解耦電容來補充電荷。良好的解耦電容應具有較小的等效串聯電感，鉭電解電容或金屬化多碳電容都有較小的內部電感(internal inductance)，是適當的選擇。

如果產品無法符合EMC標準的測試就必須重新設計或修改，否則無法銷售到市場上，透過圖二可以發現，若在產品設計初期就將EMC防治的設計加入，成本也許會較高，但隨著產品開發週期的增加，電磁耐受與電磁干擾符合測試規範，所付出的測試與修改費用也會逐漸遞減，產品量產週期也可提前；反之，若設計初期沒有將EMC防治的設計納入考慮，產品量產的時間也變的遙遙無期，為了彌補初期沒有考慮的EMC防治設計，在後期所花的費用也將跟著提高；所以EMC雖然並不會和產品的性能品質有明顯直接的影響，但卻是決定了是否能進入該國家市場上銷售的關鍵因素。