2.1 EMC測試與共模電流分析

2.1.1 EMC測試是EMC設計的重要依據

EMC測試是衡量電子產品EMC性能優劣的首要依據。各種EMC標準不但規定了各類電子產品的測試等級，而且還規定了測試方法和手段，因此EMC設計及EMC問題的分析必須建立在相關標準規定EMC測試的基礎上。

CISPR11、CISPR13、CISPR14、CISPR15、CISPR32、CISPR35；IEC61000-4-2、IEC61000-4-3、IEC61000-4-4、IEC61000-4-5、IEC61000-4-6、IEC61000-4-8、IEC61000-4-11、IEC61000-3-2、IEC61000-3-3等標準對工業、科學、醫療儀器，廣播接收機，家用電器及手工具、燈具類以及信息技術產品等所要進行的電磁干擾測試和電磁敏感度測試做了規定。對于汽車電子零部件EMC測試標準，同樣有ISO11452、ISO10605、CISPR 25、ISO 7637等，這些標準對汽車電子零部件的電磁干擾和電磁敏感度測試做了規定。同時，為了強調汽車的安全，在汽車及汽車電子的EMC測試中，其抗擾度測試顯得更為重要。ISO-11452和ISO-7637是針對汽車電子進行的抗擾度性能的標準和規范。

以上所述這些標準中規定的EMC測試給設計結果提供了一個標準的評價依據。充分了解EMC測試的實質，有利于從EMC測試原理探索和形成一種EMC設計的分析方法，即找到一種建立在EMC測試原理基礎上的EMC設計及EMC問題的分析方法。

2.1.2 輻射發射測試

1.輻射發射測試目的

輻射發射測試的目的是測試電子、電氣和機電產品及其部件所產生的輻射發射，包括來自殼體、所有部件、電纜及連接線上的輻射發射，用來鑒定其輻射是否符合標準的要求，以便在正常使用過程中不影響同一環境中（如汽車內部）的其他無線電接收設備。

2.常用的輻射發射測試設備

根據常用普通電子設備的輻射發射測試標準CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32以及汽車及零部件輻射騷擾測試標準CISPR12和CISPR25（被國內等同采用，對應的國標為GB 14023和GB/T 18655）中的規定，輻射發射測試主要需要如下設備：

（1）EMI自動測試控制系統（電腦及軟件）。

（2）EMI測試接收機。

（3）各式天線（主動、被動棒狀天線，大小形狀環路天線，功率雙錐天線，對數周期天線，喇叭天線）及天線控制單元等。

（4）半電波暗室或開闊場。

（5）對于汽車電子零部件的輻射騷擾測試還需要人工電源網絡[AMN，也叫線性阻抗穩定網絡（LISN）]。在實驗室里，人工電源網絡用來代替線束的阻抗，以便確定被測設備（EUT）的工作情況。對人工電源網絡的參數有嚴格的要求，它為不同實驗室里測試結果的可比性提供了依據。

EMI測試接收機是EMI測試中最常用、最基本的測試儀器。基于測試接收機的頻率響應特性要求，按CISPR16規定，測試接收機有四種基本檢波方式，即準峰值檢波、均方根值檢波、峰值檢波及平均值檢波。然而，大多數電磁干擾都是脈沖干擾，它們對音頻影響的客觀效果是隨著重復頻率的增高而增大的，具有特定時間常數的準峰值檢波輸出特性，可以近似反映這種影響。因此在無線廣播領域，CISPR推薦采用準峰值檢波。由于準峰值檢波器既能利用干擾信號的幅度，又能反映它的時間分布，因此其充電時間常數比峰值檢波器大，而放電時間常數比峰值檢波器小，對不同頻譜段應有不同的充放電時間常數。峰值檢波和準峰值檢波主要用于脈沖干擾測試。

天線是輻射發射測試的“傳感器”，而輻射發射測試頻率范圍從幾十kHz到幾十GHz，在這么寬的頻率范圍內測試，所用天線種類繁多，且必須借助各種探測天線把被測場強轉換成電壓。例如在30～300MHz頻率范圍內，常采用偶極子天線與雙錐天線；在300MHz～1GHz頻率范圍內，采用偶極子天線、對數周期天線及對數螺旋天線；在1～40GHz頻率范圍內，采用喇叭天線。這些天線的相關參數可參考制造廠商提供的出廠資料。通常，輻射發射測試用天線具有下列特點：

（1）為了提高測試速度，一般采用寬頻帶天線，除非只對少數已知的干擾頻率點進行測試。

（2）寬頻帶天線在出廠前提供校正曲線，使用時需輸入此天線校準的天線系數。

（3）不少測試用天線都工作在近場區，測試結果對測試距離很敏感，為此測試中必須嚴格按測試規定進行。因為在近場區電場、磁場之比（波阻抗）不再是一個常數，所以有些天線雖然給出了電場、磁場的校正系數，但只有當這些天線用于遠場測試時才有效，而在測試近場干擾時電場與磁場測試結果不能再按此換算，這是在測試中容易忽略的問題。

開闊場是專業輻射發射測試場地，滿足標準對于測試距離的要求，在標準要求的測試范圍內（無障礙區）沒有與測試無關的架空走線、建筑物、反射物體，而且應該避開地下電纜，必要時還應該有氣候保護罩。該場地還要滿足標準CISPR16、ANSI63.4關于場地衰減的要求。半電波暗室是一個開闊場模擬空間，除地面安裝反射平面外，其余五個內表面均安裝吸波材料，該場地也滿足標準CISPR16、ANSI63.4、EN50147-2關于場地衰減和屏蔽效能的要求。

控制單元僅僅是為了使測試中各個設備之間能協調動作，自動完成輻射發射測試。

3.輻射發射測試方法

圖2-1所示是根據CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32等標準要求的輻射發射測試布置圖。在進行輻射發射測試時，被測設備（EUT）置于半電波暗室內部，在轉臺上旋轉，在接收天線分別處于垂直極化和水平極化的情況下找到最大的輻射點。輻射信號由接收天線接收后，通過電纜傳到半電波暗室外的接收機。

臺式設備測試布置圖如圖2-2所示。具體要求如下：

（1）互連I/O電纜距離地面不應小于40cm。

（2）除了實際負載連接，EUT還可以接模擬負載；但是模擬負載應該符合阻抗關系，同時還要能夠代表產品應用的實際情況。

（3）EUT與輔助設備AE的電源線直接插入地面的插座，而不應該將插座延長。

（4）EUT同輔助設備AE的間距為10cm。

（5）如果EUT本身的電纜比較多，應該仔細理順，分別處理，并且在測試報告中記錄，以便獲得再次測試的重現性。

立式設備測試布置圖如圖2-3所示。具體要求如下：

（1）機柜之間的I/O互連線應該自然放置，如果過長，應扎成30～40cm的線束。

（2）EUT置于金屬平面上，同金屬平面絕緣間隔10cm左右；接模擬負載或暗室內其他接口的電纜應該注意其同金屬平面的絕緣性。

（3）如EUT電源線過長，則應扎成長度為30～40cm線束，或者縮短到剛好夠用為宜。

（4）如果EUT本身的電纜比較多，應該仔細理順，分別處理，并且在測試報告中記錄，以便獲得再次測試的重復性。

對于汽車電子設備的輻射發射測試，應根據圖2-4所示的要求進行布置。在輻射發射測試時，汽車電子被測設備（EUT）置于半電波暗室內部，在接收天線與EUT線束的距離為1m，并且接收天線處于垂直極化和水平極化的情況下，找到最大的輻射點。輻射信號由接收天線接收后，通過電纜傳到半電波暗室外的接收機。

2.1.3 傳導騷擾測試

1.傳導騷擾測試目的

傳導騷擾測試是為了衡量電子產品或系統從電源接口、信號接口向電網或信號網絡傳輸的騷擾，根據此騷擾來評價電源線、信號線接入電網或通信網絡后產生的電磁輻射。

2.常用的傳導騷擾設備

根據常用傳導騷擾測試標準CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32及汽車電子傳導騷擾測試標準CISPR25的要求，傳導騷擾測試主要需要如下設備：

（1）EMI自動測試控制系統（電腦及其界面單元）。

（2）EMI測試接收機。

（3）人工電源網絡（AMN），或稱為線性阻抗穩定網絡（LISN）。AMN是一種耦合去耦電路，主要用來提供干凈的DC或AC電源，并阻擋EUT騷擾回饋至電源，同時提供特定的阻抗特性。CISPR16和汽車電子產品EMC測試標準規定的AMN的內部電路架構與阻抗特性曲線分別如圖2-5和圖2-6所示。

（4）電流探頭（Current Probe）。電流探頭是利用流過導體的電流所產生的磁場被另一線圈感應的原理而制得的，通常用來對信號線進行傳導騷擾測試。

3.傳導騷擾測試方法

與輻射發射測試相比，傳導騷擾測試需要較少的儀器，不過它需要一個2m×2m以上的參考接地板，并超出EUT邊界至少0.5m。因為屏蔽室內的環境噪聲較低，同時屏蔽室的金屬墻面或地板可以作為參考接地板，所以傳導騷擾測試通常在屏蔽室內進行。圖2-7所示是普通電子產品臺式設備的電源接口傳導騷擾測試配置圖，AMN實現傳導騷擾信號的拾取與阻抗匹配，再將信號傳送至接收機。對于落地式設備，在測試時，只要將EUT放置在離地0.1m高的絕緣支架上即可。除電源接口需要進行傳導騷擾測試外，信號接口、通信接口也要進行傳導騷擾測試。信號接口的測試方法相對比較復雜，有兩種測試方法，即電壓法與電流法，將其測試結果分別與標準中的電流限值與電壓限值比較，以此來確定是否通過測試。

圖2-8所示是汽車電子設備傳導騷擾測試配置圖，其中人工電源網絡（AMN）實現傳導騷擾信號的拾取與阻抗匹配，再將信號傳送至接收機。

2.1.4 靜電放電抗擾度測試

1.靜電放電測試目的

靜電放電測試目的是為了衡量電子產品或系統的抗靜電放電干擾的能力。它模擬：①操作人員或物體在接觸設備時的放電；②人或物體對鄰近物體的放電。

2.靜電放電測試設備

圖2-9和圖2-10分別示出了符合IEC61000-4-2標準的靜電放電發生器基本原理圖和靜電放電的電流波形。

圖2-10中Im表示歸一化電流峰值，上升時間為tr=0.7～1ns。在IEC61000-4-2標準中，放電電路中的儲能電容CS代表人體對地的寄生電容，現公認為150pF。放電電阻Rd為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體接觸點與人體對地寄生電容之間的電阻。現已證明，用這種放電狀態來體現人體放電的模型是足夠嚴酷的。測試電壓要由低到高逐漸增加到規定值。

對于符合標準ISO10605標準的靜電放電設備，需要具有下列兩種情況下的人體靜電放電模型：

（1）乘員在乘客車廂內時發生的靜電放電現象；

（2）人員從外部進入乘客車廂時發生的靜電放電現象。

這兩種放電模型對應不同的靜電放電槍阻容網絡，如圖2-11（a）、（b）所示。另外，汽車電子設備的靜電放電槍要求輸出電壓范圍為-25～+25kV。直接接觸放電波形驗證參數如表2-1所示。

對于空氣放電時的放電波形，標準要求驗證在放電電壓為±15kV時的波形參數，上升沿時間應小于5ns。

3.靜電放電測試方法

靜電放電包括接觸放電與空氣放電，而接觸放電又包括直接放電與間接放電。放電點包括所有接觸面，對于絕緣表面采用空氣放電，對于金屬表面采用接觸放電。在進行靜電放電測試時，靜電放電發生器的電極頭通常應垂直于被測設備的表面。測試次數分正負極性，IEC61000-4-2標準規定至少各放電10次，測試間隔一般約1s；而ISO10605則規定只要正負極性各放電3次，放電間隔至少為5s。在靜電放電測試前和測試后要同時監測被測設備功能是否正常，以判定是否合格。

IEC61000-4-2標準規定的測試嚴酷度等級如表2-2所示。

等級的選擇取決于環境等因素，但對具體的產品來說，往往已在相應的產品或產品族標準中加以規定。

對于適合IEC61000-4-2測試的臺式普通電子設備，測試時應按圖2-12所示進行配置，其中測試設備包括一個放在參考接地板上的0.8m高的木桌。放在桌面上的水平耦合板（HCP）面積為1.6m×0.8m，并用一個厚0.5mm的絕緣襯墊將被測設備和電纜與耦合板隔離。如果被測設備體積過大而不能保持與水平耦合板各邊的最小距離為0.1m，則應使用另一塊相同的水平耦合板，并與第一塊短邊側距離0.3m。但此時必須將桌子擴大或使用兩個桌子，這些水平耦合板不必焊在一起，而應經過另一根帶電阻的電纜接到參考接地板上。

對于落地式普通電子設備，其測試應按圖2-13所示進行配置，被測設備和電纜用厚度約為0.1m的絕緣支架與接地參考平面隔開。

ISO10605標準規定的測試嚴酷度等級，分為被測設備帶電運行測試時的等級和不帶電運行測試時的等級，分別如表2-3和表2-4所示。

對于汽車電子設備，當在通電狀態下進行測試時，被測設備（EUT）放置在參考接地板上（見圖2-14）。如果被測設備是安裝在汽車底盤上的電子設備，則將其直接放置在參考接地板上并使它們相連。如果被測設備在正常安裝時與地絕緣，則測試時被測設備與參考接地板之間要布置絕緣板。當在不通電狀態下進行測試時，被測設備需要安裝在位于參考接地板與被測設備之間的靜電耗散材料上，以便釋放測試時所集聚的電荷。

對于不接地設備，由于它不像其他設備那樣能自己放電，在測試中若在下一個靜電放電脈沖施加之前電荷未消除，則被測設備上的電荷累積可能使電壓為預期測試電壓的兩倍，從而造成高能量意外絕緣擊穿放電的可能。因此，不接地設備在每個靜電放電脈沖施加之前都應消除在被測設備上的電荷。IEC61000-4-2規定使用類似于水平耦合板和垂直耦合板用的帶有470kΩ泄放電阻的電纜，ISO 10605則規定使用1MΩ耗散電阻。

2.1.5 射頻輻射電磁場的抗擾度測試

1.射頻輻射電磁場抗擾度測試目的

射頻輻射電磁場對設備的干擾，往往是由設備操作人員、維修人員和安全檢查人員在使用移動電話、無線電臺、電視發射臺、移動無線電發射機等電磁輻射源（屬有意發射）時產生的。另外，汽車點火裝置、電焊機、晶閘管整流器、熒光燈在工作時產生的寄生輻射（屬無意發射），也會產生射頻輻射干擾。對其測試的目的是建立一個共同的標準來評價電氣和電子產品或系統的抗射頻輻射電磁場干擾的能力。

2.測試儀器

（1）信號發生器（主要指標是帶寬，有調幅功能，能自動或手動掃描，掃描點上的留駐時間可設定，信號的幅度能自動控制等）。

（2）功率放大器（要求在1m法、3m法或10m法的情況下，達到標準規定的場強。對于小產品，也可以采用1m法進行測試，但當1m法和3m法的測試結果有爭執時，以3m法為準）。

（3）天線（在不同的頻段下使用雙錐天線和對數周期天線，國外已有在全頻段內使用的復合天線）。

（4）場強測試探頭。

（5）場強測試與記錄設備。若在基本儀器的基礎上增加功率計、計算機（包括專用的控制軟件）、場強探頭的自動行走機構等，可構成一個完整的自動測試系統。

（6）半電波暗室。為了保證測試結果的可比性和重復性，要對測試場地的均勻性進行校驗。

（7）橫向電磁波室（TEM小室）、帶狀線天線、平行板天線。

3.輻射電磁場抗擾度測試方法

當按照標準IEC61000-4-3的規定進行輻射電磁場抗擾度測試時，要用1kHz正弦波進行幅度調制，調制深度為80%，其波形如圖2-15所示（在早期的測試標準中不需要調制）。將來有可能再增加一項鍵控調頻，調制頻率為200Hz，占空比為1∶1。

測試應在半電波暗室中進行（其配置見圖2-16），用監視器監視EUT的工作情況（或從EUT引出可以說明EUT工作狀態的信號至測定室，由專門儀器予以判定）。暗室內有天線（包括天線的升降塔）、轉臺、EUT及監視器，工作人員以及測定EUT性能的儀器、信號發生器、功率計和計算機等設備在測定室里，高頻功率放大器則放在功放室里。在測試中，對EUT的布線非常講究，應記錄在案，以便必要時重現測試結果。

場強、測試距離與功率放大器的關系如表2-5所示（僅供參考）。

對于汽車電子設備，輻射電磁場抗擾度測試的方法包括：

（1）自由場（Free Field）測試法（標準ISO 11452-2中規定）。

（2）橫向電磁波室（TEM Cell，Transverse Electromagnetic Mode Cell）測試法（標準ISO 11452-3中規定）。

（3）帶狀線（Stripline）測試法（標準ISO 11452-5中規定）。

（4）平行板天線（Parallel Plate Antenna）測試法（標準ISO 11452-6中規定）。

● 自由場測試法。

由于電波暗室（吸波室）的空間較大，自由場測試法一般不限制被測設備（EUT）的體積大小，可容納較大型尺寸的EUT進行測試，它也比較容易使用CCTV或其他監視裝置來觀察EUT在測試過程中的動作特性。一般的汽車電子設備或零部件（如電動后視鏡等），都可用自由場測試法。自由場測試法適用的頻率范圍為200MHz（或20MHz）～18GHz。自由場測試法的測試配置圖如圖2-17所示。

● 橫向電磁波室測試法。

根據ISO 11452-3中的規定，TEM（橫向電磁波）單元只是一段簡單的封閉傳輸線，其一端饋入一定的RF功率，另一端接一個負載阻抗。隨著傳輸線中電磁波的傳播，導體間就建立起一個電磁場。TEM描述的是在這類單元的作用區域內所產生的占主導地位的電磁場。當傳輸線長度給定時，在一定的截面積上場強均勻，且易測量或計算。EUT就放置在TEM單元的作用區域內。TEM單元一般呈箱體形式，內帶一個隔離面，箱體的墻面作為傳輸線的一端，隔離面（或稱隔膜）作為另一端。TEM單元的幾何構造對傳輸線的特性阻抗有決定性的影響。其主要缺點是存在頻率上限，這一上限頻率與其物理尺寸成反比。當頻率高于此上限時，場均勻性開始變差。TEM單元能夠測量的最大EUT尺寸受其內部可用的場強均勻區域體積的限制，因此最大EUT尺寸和該單元可測的最高頻率之間有著直接關系。TEM單元的最低測量頻率可到DC。橫向電磁波室測試法則適用于小型EUT的輻射抗擾度測試，其中箱體是封閉的，測試時除有很少的泄漏之外，單元外沒有電磁場，因此這種單元可以不加外屏蔽而應用于任何環境，它一般適用的頻率范圍為0.01～200MHz（或更高）。橫向電磁波室測試法測試配置圖如圖2-18所示。

● 帶狀線測試法。

帶狀線包含150mm和800mm（高度）兩種規格，150mm規格帶狀線的測試對象只局限于線路，800mm規格的帶狀線則可將EUT放入帶狀線中測試。帶狀線測試法的限制是EUT本體或被測線路最大的直徑尺寸僅能為帶狀線高度的1/3或更小，且必須在屏蔽室內進行測試。帶狀線測試法所適用的頻率為0.01～200MHz。150mm帶狀線測試法的測試配置圖如圖2-19所示。

● 平行板天線測試法。

在測試對象上，平行板天線測試法類似于自由場測試法，但它適合于較低頻帶范圍的測試，且特別適用于低頻電場測試。測試所適用的頻率為0.01～200MHz。平行板天線測試法測試配置圖如圖2-20所示。

一般情況下，測試標準中所規定的調制信號都是調制深度為80%、頻率為1kHz的正弦波，但也有個別的汽車廠商可能會有不同的要求。定義調制參數的目的是為測試規定一個恒定的峰值電平，這一點與IEC61000-4-3標準規定的抗擾性測試不同。在IEC61000-4-3標準規定的抗擾性測試中，調制信號的峰值功率比未調制信號高5.3dB。而在峰值電平恒定的測試中，調制深度為80%的已調制信號功率只有未調制信號功率的0.407倍。ISO 11452中清楚地定義了這種信號的施加過程：

● 在每個頻率點上，線性增大或對數增大信號強度，直到信號強度滿足要求（對開環法指凈功率滿足要求，對閉環法則指測試信號的電平嚴格滿足要求），根據+2dB準則監測前向功率。

● 按要求施加已調信號，并使測試信號保持時間等于EUT最小響應時間。

● 緩慢降低測試信號強度，然后進行下一個頻率的測試。

2.1.6 瞬態快脈沖的抗擾度測試

1.瞬態快脈沖測試目的

電路中機械開關對電感性負載的切換，通常會對同一電路的其他電氣和電子設備產生干擾。這類干擾的特點是脈沖成群出現、脈沖的重復頻率較高、脈沖波形的上升時間短暫、單個脈沖的能量較低。實踐中，因電快速瞬變脈沖群造成設備故障的概率較小，但使設備產生誤動作的情況經常可見，除非有合適的對策，否則較難通過。電快速瞬變脈沖群測試是一種瞬態快脈沖測試，對于普通電子設備，IEC61000-4-4標準中對這個測試做了明確的規定，為電氣和電子設備在進行電快速瞬變脈沖群測試時建立了一個評價抗電快速瞬變脈沖群干擾的共同依據。

對于汽車電子設備，該項測試采用的是ISO 7637-2標準規定的P3a、P3b瞬態脈沖波形測試，也是一種瞬態快脈沖測試。其中，P3a用來模擬汽車電子系統中各種開關、繼電器和保險絲在開啟或關閉的過程中由于電弧所產生的快速瞬變脈沖群；P3b則用來模擬電動門窗的驅動單元、喇叭或中央門控系統的開關切換過程中所產生的快速瞬變脈沖群。其測試的目的與IEC61000-4-4規定的測試一樣，是為了在對汽車電子設備進行電快速瞬變脈沖群測試時建立了一個評價抗電快速瞬變脈沖群干擾的共同依據。

2.IEC61000-4-4標準中電快速瞬變脈沖群測試設備

圖2-21為電快速瞬變脈沖群的發生器基本線路，其中儲能電容Cc的大小決定單個脈沖的能量；波形形成電阻Rs和儲能電容配合，決定了波形的形狀；阻抗匹配電阻Rm決定了脈沖發生器的輸出阻抗（標準為50Ω）；隔直電容Cd則隔離了脈沖發生器中的直流成分。電快速瞬變脈沖群波形如圖2-22所示。電快速瞬變脈沖群發生器的基本要求如下：

■ 脈沖的上升時間（指10%～90%）：5（1±30%）ns；

■ 脈沖持續時間（上升沿的50%至下降沿的50%）：50（1±30%）ns；

■ 脈沖重復頻率：5kHz或100kHz；

■ 脈沖群的持續時間：15ms；

■ 脈沖群的重復周期：300ms；

■ 發生器在1000Ω負載時輸出電壓（峰值）：0.25～4kV；

■ 發生器在50Ω負載時輸出電壓（峰值）：0.125～2kV；

■ 發生器的動態輸出阻抗：50（1±20%）Ω；

■ 輸出脈沖的極性：正/負；

■ 與電源的關系：異步。

3.ISO 7637-2標準中電快速瞬變脈沖群測試設備

ISO7637-2標準中規定的測試脈沖P3a、P3b產生原理（見圖2-23）：測試脈沖P3發生在開關切換的瞬間。這種脈沖的特性受到線束分布電容和電感的影響。由于線束的分布電容和電感的值通常都很小，因此在整個ISO7637-2標準里P3脈沖是一系列高速、低能量的小脈沖，常能引起采用微處理器或數字邏輯控制的設備產生誤動作。

用于P3快速瞬態脈沖測試的測試發生器應具有表2-6和圖2-24所示參數的特性。

4.IEC61000-4-4標準規定的電快速瞬變脈沖群測試方法

IEC61000-4-4標準規定有兩種類型的電快速瞬變脈沖群測試：電源接口的電快速瞬變脈沖群測試和I/O接口的電快速瞬變脈沖群測試。電快速瞬變脈沖群測試的實驗室配置與靜電放電測試類似，地面上有參考接地板，接地板的材料與靜電放電的要求相同。圖2-25所示為電源接口EFT/B測試的連接圖。圖2-26所示為I/O接口EFT/B測試的連接圖。

EFT/B測試的耦合/去耦原理如圖2-27所示。

1）耦合/去耦網絡

交/直流電源接口的耦合/去耦網絡（Couple and Decouple Networks，CDN）提供了把測試電壓施加到被測設備（EUT）電源接口的能力。可以看到，從測試發生器來的信號電纜芯線通過可供選擇的耦合電容加到相應的電源線（L1、L2、L3、N及PE）上，信號電纜的屏蔽層則和耦合/去耦網絡的機殼相連，機殼則接到參考接地端子上。耦合/去耦網絡的作用是將干擾信號耦合到EUT并阻止干擾信號干擾連接在同一電網中的不相干設備。一些電快速脈沖發生器已將耦合/去耦網絡集成為一體。

2）電容耦合夾

關于電容耦合夾的應用，在標準IEC61000-4-4中指出：耦合夾能在EUT各接口的端子、電纜屏蔽層或EUT的任何其他部分無任何電連接的情況下把快速瞬變脈沖群耦合到受試線路上。受試線路的電纜放在耦合夾的上下兩塊耦合板之間，耦合夾本身應盡可能地合攏，以提供電纜和耦合夾之間的最大耦合電容。耦合夾的兩端各有一個高壓同軸接頭，用其最靠近EUT的一端與發生器通過同軸電纜連接。高壓同軸接頭的芯線與下層耦合板相連，高壓同軸接頭的外殼與耦合夾的底板相通，而耦合夾放在參考接地板上。目前，IEC61000-4-4標準中規定耦合夾所能提供的耦合電容大小為100～1000pF。圖2-28所示為容性耦合夾構造。

3）實驗設置

參考接地板用厚度為0.25mm以上的銅板或鋁板（需提醒的是，普通鋁板容易氧化，易造成測試儀器、EUT的接地電纜與參考接地板之間搭接不良，須慎用）；若用其他金屬板材，則要求其厚度大于0.65mm。參考接地板的尺寸取決于測試儀器和EUT，以及測試儀器與EUT之間所規定的接線距離（1m）。參考接地板的各邊至少應比上述組合超出0.1m。參考接地板應與實驗室的保護地相連。

● 測試儀器（包括脈沖群發生器和耦合/去耦網絡）放置在參考接地板上。測試儀器用盡可能粗短的接地電纜與參考接地板連接，并要求在搭接處所產生的阻抗盡可能小。

● 被測設備（EUT）用0.1m±0.01m的絕緣支座隔開后放在參考接地板上（如果EUT是臺式設備，則應放置在離參考接地板高度為0.8m±0.08m的木桌上）。EUT（或測試桌子）距參考接地板邊緣的最小尺寸為0.1m。EUT應按照設備的安裝規范進行布置和連接，以滿足它的功能要求。另外，EUT應按照制造商的安裝規范，將接地電纜以盡量小的接地阻抗連接到參考接地板上（注意：不允許有額外的接地情況出現）。當EUT只有兩根電源進線（單相，一根L線，一根N線），而且不設專門接地線時，EUT就不能在測試時單獨再拉一根接地線。同樣，當被測設備通過三芯電源線進線（單相，一根L線，一根N線，一根電氣接地線），而且未設專門接地線時，則此EUT也不允許另外再設接地線來接地，并且EUT的這根電氣接地線還必須經受抗擾度測試。

● EUT與測試儀器之間的相對距離以及電源連線的長度都應控制在1m之內，電源線的離地高度控制在0.1m，如有可能，最好用一個木制支架來擺放電源線。當EUT的電源線不可拆卸，而且長度超過1m時，那么超長部分應當折疊成長為0.4m的線束，并行放置在離參考接地板上方0.1m處。EUT與測試儀器之間的距離仍控制在1m之內。標準還規定，上述電源線不應采用屏蔽線，但電源線的絕緣應當良好。

● 測試應在實驗室中央進行，除了位于EUT、測試儀器下方的參考接地板，它們與其他所有導電性結構（如屏蔽室的墻壁和實驗室里的其他有金屬結構的測試儀器和設備）之間的最小距離為0.5m。

● 當使用耦合夾做EUT的抗擾度測試時，耦合夾應放置在參考接地板上，耦合夾到參考接地板邊緣的最小距離為0.1m。同樣，除了位于耦合夾下方的參考接地板，耦合夾與所有其他導電性結構之間的最小距離是0.5m。如果測試是針對系統中一臺設備（如EUT1）的抗擾度性能測試時，則耦合夾與EUT1的距離關系保持不變，而將耦合夾相對于EUT2的距離增至5m以上（標準認為較長的導線足夠使線路上的脈沖群信號損耗殆盡）。耦合夾也可由1m長的鋁箔包裹受試電纜代替，前提是它可以提供和耦合夾一樣的等效電容（100～1000pF）。如果現場條件不允許放置1m長的鋁箔，也可以適當縮短長度，但仍要保證等效耦合電容。也可以將發生器的輸出通過100pF的高壓陶瓷電容直接加到受試電纜的芯線或外皮上。

● 在電源線上的測試通過耦合/去耦網絡以共模方式進行，在每一根線（包括設備的電氣接地線）上對地（對參考接地板）施加測試電壓。要求每一根線都在一種測試電壓極性下做三次，每次1min，中間相隔1min。在一種極性做完后，換作另一種極性。表2-7所示為測試嚴酷度等級。測試等級所代表的典型工作環境如下：1級，具有良好保護的環境，計算機機房可代表此類環境；2級，受保護的環境，工廠和發電廠的控制室可代表此類環境；3級，典型工業環境，發電廠和戶外高壓變電站的繼電器房可代表此類環境；4級，嚴酷的工業環境，為采取特別安裝措施的電站或工作電壓高達500kV的開關設備可代表此類環境；X級，由廠家和客戶協商決定。

● 測試每次至少要進行1min，而且正、負極性都必須做。

● 信號線和電源線在一起的直流設備的測試。像帶有USB數據線并通過USB線供電的一類信號線和電源線在一起的設備（如移動硬盤、網絡攝像頭等），一般要采用電容耦合夾的干擾注入方式。這是因為，如果選用耦合/去耦網絡，那么去耦網絡中的去耦電容（0.1VF左右）以及去耦電感（>100VH）會使工作信號發生嚴重失真，特別是對于USB2.0等高速接口來說，其影響更為嚴重，從而讓實驗不能如實反映設備的真實狀態。但如果是單獨的直流電源線（不含信號線），仍舊采用耦合/去耦網絡來施加干擾。

5.ISO 7637-2和ISO7637-3標準規定的電快速瞬變脈沖群測試方法

ISO 7637-2和ISO7637-3標準規定的電快速瞬變脈沖群（P3a和P3b波形）的測試配置原理圖如圖2-29所示。

12V系統的測試電平如表2-8所示。

24V系統的測試電平如表2-9所示。

ISO7637-2和ISO7637-3標準中利用脈沖P3a、P3b所進行的設備抗擾度測試與IEC61000-4-4標準中的非常相似。利用脈沖P3a、P3b所進行的設備抗擾度測試，對于汽車電子設備的高頻EMC測試也具有代表性。

2.1.7 瞬態慢脈沖的抗擾度測試

1.瞬態慢脈沖測試目的

IEC61000-4-5標準中規定的浪涌測試是一種瞬態慢脈沖測試，主要是為了模擬以下兩種現象：

（1）雷擊（主要模擬間接雷）。例如，雷電擊中戶外線路，有大量電流流入外部線路或接地電阻，因而會產生干擾電壓；間接雷擊（如云層間或云層內的雷擊）在線路上會感應出電壓或電流；雷電擊中了鄰近物體，在其周圍建立了電磁場，當戶外線路穿過電磁場時，在線路上感應出了電壓和電流；雷電擊中了附近的地面，地電流通過公共接地系統時將引入干擾。

（2）切換瞬變。例如，主電源系統切換時（如補償電容組的切換）會產生干擾；同一電網中，在靠近設備附近有一些較大型的開關在跳動時會形成干擾；再就是切換有諧振線路的晶閘管設備，以及各種系統性的故障（如設備接地網絡或接地系統間產生的短路或飛弧故障）。通過模擬測試的方法來建立一個評價電氣和電子設備抗浪涌干擾能力的共同標準。

ISO標準中規定的瞬態慢脈沖測試包括波形P1、P2a、P2b、P5a、P5b的抗擾度測試，由于其能量相對較大（脈沖寬度為50Vs以上，幅度較大），干擾信號所包含的頻譜相對較窄（脈沖上升時間為微秒級和毫秒級），因此本書中也將其歸為“浪涌”測試。這些波形的測試是為了分別模擬汽車內以下幾種脈沖：

（1）P1脈沖—產生于電感性負載的電源斷開瞬間。它將影響直接與這個電感性負載并聯在一起的設備的工作。由于標準沒有提出電感性負載的電感量范圍，所以它泛指在切換一般性電感性負載時發生的干擾。經統計和優選后提出，P1脈沖是內阻較大、電壓較高、前沿較快和寬度較大的負脈沖，在整個ISO標準里屬于中等速度和中等能量的脈沖干擾，對EUT兼顧了干擾（造成設備誤動作）和破壞（造成設備中元器件的損壞）兩方面的作用。

（2）P2a脈沖—由于和被試設備相并聯的設備被突然切斷電流而在線束電感上產生的瞬變。考慮到線束的電感量較小，所以該脈沖為幅度不高、前沿較快、寬度較小和內阻較小的正脈沖。它在整個ISO標準里屬于速度偏快和能量較小的脈沖干擾，其作用與P1脈沖有點相似，但是為正脈沖。

（3）P2b脈沖—點火被切斷的瞬間，由于直流電動機所扮演的發電機角色，并由此所產生的瞬變現象。這是一個電壓不高、前沿較緩、寬度很大和內阻很小的脈沖。它在整個ISO標準里屬于低速和高能量的脈沖干擾，著重考核對設備（元器件）的破壞性。P2b脈沖的這個作用與P5脈沖有點相似，但電壓較低，脈沖更寬。

（4）P5脈沖—發生在放電的電池被斷開的瞬間，而這時交流發電機正在對蓄電池充電，與此同時，其他的負載仍接在交流發電機的電路上。卸載脈沖的幅度取決于交流發電機的速度，以及在電池斷開瞬間交流發電機的勵磁情況。卸載脈沖的持續時間主要取決于勵磁線路的時間常數以及脈沖的幅度。P5脈沖有P5a和P5b兩種，上述的卸載脈沖指的是P5a脈沖。然而在大多數新的交流發電機中，卸載脈沖的幅度是通過附加的限幅二極管來抑制的（鉗位），這樣便形成了P5b脈沖。由此可見，P5a脈沖與P5b脈沖的區別在于：前者是未經限幅二極管鉗位的脈沖，后者則是經過鉗位后的脈沖。P5脈沖是幅度較高（100～200V，相對于系統電源電壓來說，這已經算是高電壓了）、寬度較大（達幾百毫秒）、內阻極低（幾歐，甚至零點幾歐）的脈沖。所以在ISO標準里，P5脈沖屬于能量比較大的脈沖，除了考核EUT在P5作用下的抗干擾能力，在相當程度上還在考核它對設備元器件的破壞性。

2.浪涌的模擬設備

按照IEC61000-4-5標準的要求，要能分別模擬在電源線上和通信線路上的浪涌測試。由于線路的阻抗不一樣，浪涌在這兩種線路上的波形也不一樣。圖2-30所示為組合波發生器簡圖。

組合波浪涌發生器產生的波形如圖2-31所示。

圖2-31（a）是1.2Vs/50Vs組合波開路電壓波形（按IEC601波形規定），其波前時間為T1=1.67T=1.2（1± 30%）μs，半峰值時間為T2=50（1± 20%）μs。

圖2-31（b）是8Vs/20Vs組合波短路電流波形（按IEC601波形規定），其波前時間為T1=1.25T=8（1± 30%）μs，半峰值時間為T2=20（1± 20%）μs。

除了能產生圖2-31所示的波形，組合波浪涌發生器還應符合以下基本性能要求：

（1）開路輸出電壓（峰值）：±0.5kV～±4kV；

（2）短路輸出電流（峰值）：±0.25kA～±2kA；

（3）發生器內阻：2Ω（可附加電阻10Ω或40Ω，以便形成12Ω或42Ω的發生器內阻）；

（4）浪涌輸出極性：正/負；

（5）浪涌移相范圍：0°～360°；

（6）最大重復率：至少每分鐘1次。

10Vs/700VsCCITT組合波浪涌發生器的基本電路如圖2-32所示。CCITT電壓浪涌波形如圖2-33所示。

波前時間：T1=1.67T=10（1± 30%）μs；

半峰值時間：T2=700（1± 20%）μs。

適用于通信線路測試的10Vs/700Vs組合波浪涌發生器除了能產生圖2-33所示的電壓波形，還應具有在短路的情況下產生5Vs/320Vs組合波的電流波形。同時，該發生器還應符合以下基本性能要求：

（1）開路峰值輸出電壓（峰值）：±0.5kV～±4kV；

（2）動態內阻：40Ω；

（3）輸出極性：正/負。

按照ISO標準的要求，進行汽車電子產品浪涌測試的設備應具有如下輸出波形特點：

（1）P1波形與參數如圖2-34所示。

（2）P1校正參數如表2-10所示。

（3）P2a波形與參數如圖2-35所示。

（4）P2a校正參數如表2-11所示。

（5）P2b波形與參數如圖2-36所示。

（6）P2b校正參數如表2-12所示。

（7）P5a波形與參數如圖2-37所示。

（8）P5a校正參數如表2-13所示。

（9）P5b波形與參數如圖2-38所示。

注意：標準只對P5a有校正的參數，對P5b無數據。

3.浪涌測試方法

由于浪涌測試的電壓和電流波形相對較緩，干擾波形所包含的頻譜頻率較低，這樣導致寄生參數影響較小，因此IEC61000-4-5標準對測試時的配置要求也比較簡單。對于電源線上的測試，都是通過耦合/去耦網絡來完成的。圖2-39所示為浪涌測試耦合原理圖。

測試中要注意以下幾點：

（1）測試前務必按照制造商的要求加接保護措施。

（2）測試速率至少每分鐘1次，不過不宜太快，以便給保護器件有一個性能恢復的過程。事實上，自然界的雷擊現象和開關站大型開關的切換同時發生的概率也不可能非常高。

（3）測試次數，一般正/負極性各做5次。

（4）測試電壓要由低到高逐漸升高，以避免EUT由于伏安非線性特性出現的假象。另外，要注意測試電壓不要超出產品標準的要求，以免帶來不必要的損壞。標準中規定的測試嚴酷度等級如表2-14所示。

ISO 7637-2和ISO16750標準規定的浪涌測試配置要求與IEC61000-4-5標準中規定的測試配置要求類似，這里不再復述，只是當采用試驗脈沖P5b進行試驗時，需要用抑制二極管橋。關于測試等級，12V系統的測試等級如表2-15所示，24V系統的測試等級如表2-16所示。

2.1.8 傳導抗擾度測試（CS）和大電流注入（BCI）測試

1.傳導抗擾度測試（CS）和大電流注入（BCI）測試目的

在通常情況下，被干擾設備的尺寸要比干擾頻率的波長短得多，而設備的引線（包括電源線、通信線和接口電纜等）的長度則可能與干擾頻率的幾個波長相當，這樣，這些引線就可以通過傳導方式對設備產生干擾。測試是為了評價電氣和電子設備對由射頻場感應所引起的傳導抗擾度。對沒有傳導電纜（如電源線、信號線或地線）的設備，不需要進行此項測試。汽車電子設備與其他普通電子設備一樣，也同樣需要進行傳導抗擾度測試，只是其在標準中的測試項目名稱叫大電流注入（BCI）測試。

2.傳導抗擾度測試（CS）基本測試設備

傳導抗擾度的測試儀器的組成框圖如圖2-40所示。

（1）射頻信號發生器（帶寬為150kHz～230MHz，有調幅功能，能自動或手動掃描，掃描點上的留駐時間可設定，信號的幅度可自動控制）。

（2）功率放大器（取決于測試方法及測試的嚴酷度等級）。

（3）低通和高通濾波器（用于避免信號諧波對EUT產生干擾）。

（4）固定衰減器（衰減量固定為6dB，用以減少功放至耦合網絡間的不匹配程度，安裝時盡量靠近耦合網絡）。

（5）耦合/去耦網絡（CDN）和電磁鉗。

上述儀器如配上電子毫伏計、計算機等可組成自動測試系統。

3.傳導抗擾度測試（CS）方法

IEC61000-4-6中規定的傳導抗擾度測試，其測試的頻率范圍為150kHz～80MHz。當EUT尺寸較小時，可將上限頻率擴展到230MHz。此外，為提高測試的難度，測試中要用1kHz的正弦波進行幅度調制，調幅深度為80%。

嚴酷度等級（見表2-17）的分類情況與IEC61000-4-3（GB/T17626.3）相同，測試一般可在屏蔽室內進行。傳導抗擾度測試配置圖如圖2-41所示。干擾的注入方式有：

（1）耦合/去耦網絡（CDN）（在作電源線測試時常用，當信號線數目較少時也常采用），其原理圖如圖2-42所示。

（2）電流鉗和電磁耦合鉗（特別適合于對多芯電纜的測試。其中電磁耦合鉗在1.5MHz以上頻率時對測試結果有良好的再現性；當頻率高于10MHz時，電磁耦合鉗比常規的電流鉗有較好的方向性，并且在輔助設備信號參考點與參考接地板之間不再要求有專門的阻抗，因此使用更方便）。

4.大電流注入（BCI）測試基本測試設備和測試方法

ISO11452-4和ISO11452-7規定了汽車電子設備的兩種傳導抗擾度測試方法，即大電流注入法和直接注入法。前者需要向EUT中注入干擾電流，并控制注入電流的大小；后者則注入功率并控制注入功率的大小。CDN原理圖如圖2-42所示。

（1）大電流注入法（BCI法）

一般車輛內的線路安排方式都是由各種不同的線束互相捆綁而成的，各個線束上皆有各自的電流信號，因為線束是互相捆綁而成的，受干擾的機會變大，較為脆弱的線束很容易被影響，造成原本在此線束上的信號發生變動，以致影響到線束末端的電氣裝置。BCI法在ISO 11452-4和SAE J1113/4中均有描述，當采用該方法時，將一個電流注入探頭放在連接EUT的電纜線束裝置（如影音系統、光驅、電動后視鏡等汽車電子設備的線束）之上，然后向該探頭注入RF干擾。此時，探頭作為第一電流變換器，而電纜裝置作為第二電流變換器，因此RF電流先在電纜裝置中以共模方式流過（即電流在裝置的所有導體上以同樣的方式流動），然后進入EUT的連接接口。

真正流過的電流由電流注入處裝置的共模阻抗決定，而在低頻下它幾乎完全由EUT和電纜裝置另一端所連接的相關設備對地的阻抗決定。一旦電纜長度達到四分之一波長，阻抗的變化就變得十分重要，它可能降低測試的可重復性。此外，由于電流注入探頭會帶來損耗，因而需要較大的驅動能力才能在EUT上建立起合理的干擾水平。盡管如此，BCI法還是有一個很大的優點，那就是其非侵入性；因為探頭可以簡單地夾在任何直徑不超過其最大可接受直徑的電纜上，而不需要進行任何直接的電纜導體連接，也不會影響電纜所連接的工作電路。BCI法應在屏蔽室內進行，以獲得正確的測試結果。一般BCI法所適用的頻率范圍為1～400MHz（或延伸至1000MHz）。BCI法測試配置圖如圖2-43所示。

（2）直接注入法

BCI法對驅動能力要求過高，而且在測試過程中與相關設備的隔離也不好，ISO 11452-7標準中規定的直接注入法的目的就是要克服BCI法的這兩個缺點。具體做法是將測試設備直接連接到EUT電纜上，通過一個寬帶人工網絡（Broadband Artificial Network，BAN）將RF功率注入EUT電纜，將射頻能量直接耦合到EUT中，而不干擾EUT與其傳感器和負載的接口，該BAN在測試頻率范圍內對EUT呈現的RF阻抗可以控制。BAN在流向輔助設備的方向至少能夠提供500W的阻抗。干擾信號通過一個隔直電容，直接耦合到被測線上。直接注入法可以針對個別電源線或信號線進行抗擾度測試。直接注入法測試應在屏蔽室中進行，適用的頻率范圍為0.25～400MHz（或延伸至500MHz）。直接注入法測試配置圖如圖2-44所示。

2.1.9 電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度測試

1.電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度測試目的

IEC61000-4-11/29標準中規定的電壓瞬時跌落、短時中斷是由電網、變電設施的故障或負荷突然出現大的變化所引起的。在某些情況下會出現兩次或更多次連續的跌落或中斷。電壓變化是由連接到電網的負荷連續變化引起的。這些現象本質上是隨機的，其特征表現為偏離額定電壓并持續一段時間。電壓瞬時跌落和短時中斷不總是突發的，因為與供電網絡相連的旋轉電機和保護元件有一定的反作用時間。如果大的電源網絡斷開（一個工廠的局部或一個地區中的較大范圍），電壓將由于有很多旋轉電機連接到電網上而逐步降低。因為這些旋轉電機短期內將作為發電機運行，并向電網輸送電力，這就產生了電壓漸變。大多數數據處理設備一般都有內置的斷電檢測裝置，以便在電源電壓恢復以后，設備按正確方式啟動。但有些斷電檢測裝置對于電源電壓的逐漸降低卻不能快速做出反應，結果導致加在集成電路上的直流電壓在斷電檢測裝置觸發以前已降到最低運行電壓水平之下，由此造成了數據的丟失或改變。這樣，當電源電壓恢復時，這個數據處理設備就不能正確地再啟動。IEC61000-4-11/29標準規定了不同類型的測試來模擬電壓的突變效應，以便建立一種評價電氣和電子設備在經受這種變化時的抗擾性通用準則。

對于汽車電子設備，ISO標準中也同樣規定了類似的電壓抗擾度測試，即脈沖P4的抗擾度測試。它模擬的是由于發動機的啟動電路的接通而引發車輛電源系統的電壓跌落現象，這是一個跌落電壓過半、持續時間為幾秒至幾十秒的跌落過程。在ISO標準里主要考核EUT在跌落過程中誤動作情況，尤其考核帶微處理器的設備有沒有出現數據丟失和程序紊亂的情況。

2.電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度測試儀器

測試儀器的主要指標包括：

（1）輸出電壓精度：±5%。

（2）輸出電流能力：100%UT時≤16A；其他輸出電壓時能維持恒功率，如70%UT時≤23A，40%UT時≤40A。

（3）峰值啟動電流能力：不超過500A（220V電壓時）；250A（100～120V電壓時）。

（4）突變電壓的上升或下降時間：1～5Vs（接100Ω負載）。

（5）相位：0°～360°（準確度為±10°）。

（6）輸出阻抗：呈電阻性，并應盡可能小。

實現上述功能的測試儀器有兩種基本形式，分別如圖2-45和圖2-46所示。圖2-45中的是一種價格相對便宜的測試發生器形式，當兩個開關同時切斷時，便中斷輸出電壓（中斷時間可事前設定）；當兩個開關交替閉合時，便可模擬電壓的跌落或升高。發生器的開關可以由晶閘管或雙向晶閘管構成，控制線路通常做成在電壓過零處接通和電流過零處斷開，所以這種線路只能模擬電壓切換初始角度為0°和180°的情況；即使如此，由于儀器價格較低，也能滿足一般電氣與電子產品對電網騷擾的抗擾度測試需要，仍然獲得了廣泛的應用。圖2-46中的發生器結構比較復雜，造價也貴；但其波形失真小，電壓切換的相位角度可以任意設定，所以它比較容易實現電壓漸變的測試要求。

按照ISO標準的要求，進行汽車電子產品電壓跌落測試的測試設備（即P4波形發生器）應具有圖2-47所示的波形與參數。

3.電壓跌落、短時中斷和電壓漸變的抗擾度測試方法

測試的電壓等級分為電壓跌落和短時中斷的測試等級及電壓漸變的測試等級，表2-18所示為電壓跌落和短時中斷的測試等級，表2-19所示為電壓漸變的測試等級。

根據選定的測試等級及持續時間進行測試。測試一般做3次，每次間隔時間為10s。測試在典型的工作狀態下進行。如果要規定電壓在特定角度上進行切換，應優先選擇45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°，一般選0°或180°。對于三相系統，一般是一相一相地進行測試。特殊情況下，要對三相同時做測試，這時要求有3套測試儀器同步進行測試。

ISO標準規定的電壓跌落測試配置要求與IEC61000-4-11/29標準中規定的測試配置要求類似。至于測試等級，12V系統的測試等級如表2-20所示，24V系統的測試等級如表2-21所示。