CN103692984B - 搭载于车载***的电磁兼容设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明搭载于车载***的电磁兼容设计方法涉及一种电磁兼容设计方法，尤其是一种搭载于车载***的终端产品的电磁兼容设计方法。包括电源管理模块设计、信号采集电路模块设计、线路板布局设计、滤波设计和地线处理；信号采集电路模块包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路和K线采集电路；线路板布局考虑减少GPS模块、GPRS模块等的射频干扰和电源环路辐射干扰问题；滤波设计消除导线上的干扰信号；地线处理包括PCB设计中设置单独的地层、信号地和电源地隔离；电源管理模块包括高电压保护电路、低电压保护电路和备用电池充电电路。本发明使车载终端能承受静电放电、辐射骚扰、射频场感应传导骚扰、瞬变和浪涌等环境中的干扰。
Description
技术领域
本发明搭载于车载***的电磁兼容设计方法涉及一种电磁兼容设计方法，尤其是一种搭载于车载***的终端产品的电磁兼容设计方法。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，汽车内部装备的电子设备越来越多。电路板所处的空间相对狭小，各零部件之间会相互引起电磁干扰（ElectromagneticInterference，简称EMI)。设计车载终端产品时不仅要考虑这种零部件直接产生的EMI，即车载终端产品不干扰其它设备，还要考虑来自其他设备的干扰，即车载终端对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，这就是电磁兼容包含的两方面的含义。如果电子设备之间的电磁兼容问题处理不好，则会影响汽车的安全性和可靠性。因此，在大多数汽车控制***设计中，电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，简称EMC）设计变得越来越重要。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题提供一种搭载于车载***的电磁兼容设计方法，使车载终端能够承受静电放电、辐射骚扰、射频场感应的传导骚扰、瞬变和浪涌等恶劣环境中可能产生的干扰，也能保证自身的辐射杂散骚扰、传导连续骚扰都在限值范围以内，可适用于环境复杂的车辆环境中。
搭载于车载***的电磁兼容设计方法是采取以下技术方案实现的：搭载于车载***的电磁兼容设计方法包括电源管理模块设计、信号采集电路模块设计、线路板布局设计、滤波设计和地线处理。信号采集电路模块主要包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路、K线采集电路等几部分；线路板布局考虑减少GPS模块、GPRS模块等的射频干扰和电源环路辐射干扰问题；滤波设计是为了消除导线上的干扰信号；地线处理包括PCB设计中设置单独的地层、信号地和电源地隔离等；电源管理模块用于给车载终端的其他模块供电，电源管理模块包括高电压保护电路、低电压保护电路、备用电池充电电路等几部分。车辆电瓶过来的电压经过高电压保护电路、低电压保护电路输入到开关稳压电源芯片，可实现输入电压40V的高电压保护和8V的低压保护功能；所述备用电池充电电路用于备用电池充电。
所述的电源管理模块设计，包括如下步骤：
1-1）选用支持输入范围为4V-60V的开关稳压电源芯片；车载终端的电源管理模块用于给其他模块供电，因为车辆上的电瓶电压一般是12V或者是24V，所以电源输入的电压值一般设计为9V-36V的电压范围；所述的开关稳压电源芯片可采用凌特LTC3824型开关稳压电源芯片，其输出的电压值为5V。
2）在车辆电源信号输入到开关稳压电源芯片的CAP采样输入引脚之前，增加共模电感、保险丝、瞬变电压二极管TVS、三极管、场效应管以及配备的阻容件等元器件组成高压保护电路，从而实现瞬变和浪涌的抗扰度（可承受瞬态200V的电压），电源管理模块还设有低电压保护电路，当车辆电平电压值过低时，自动切断与车辆电瓶的连接。所述的电压值过低时电压值低于8V。
3）选择实现5V到3.3V的电压转换的电源稳压芯片，所述电源稳压芯片可采用特瑞仕线性电源稳压芯片XC62FP3302PR，车载终端的GPS模块、GPRS模块、CAN模块等供电电压为3.3V。
4）增加备用电池充电电路，在车辆总闸关闭或者被恶意破坏的时候给车载终端供电，在车辆总闸打开的时候取车辆电瓶的电进行充电；所述备用电池充电电路的充电芯片可采用PT6112芯片，其他元器件包括电阻、电容、三极管、场效应管等，可实现锂电池充电过程中的过充保护、过流保护以及短路保护。
所述的信号采集电路模块包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路、K线采集电路、RS232信号采集电路等，其设计包括如下步骤：
2-1）所述车辆ACC信号采集电路采用光耦实现信号隔离，防止信号被干扰。通过中央处理器的通用输入/输出接口GPIO的高低电平变化判断车辆ACC的开关状态；如果车辆上没有找到ACC信号，则在线路板上的R5位置焊接0欧姆电阻实现与地之间短接；所述光耦采用TLP181型光耦。
2）所述CAN总线采集电路采用ADM3053或CTM8251AT模块，实现控制器局域网络(CAN)物理层收发，与车辆CAN总线接口对接。
3）K线采集电路采用AL9637D芯片，实现串口到K线电平的转换，方便与车辆K线对接。
4）RS232信号采集电路采用MAX3232E芯片，实现TTL串口电平到RS232电平的转换，与车辆RS232接口对接。
所述线路板布局远离车载终端内置的GPRS模块和GPS模块，因为车载终端内置的GPRS模块和GPS模块的射频干扰大，通过合理布局元器件位置，保证尽可能减小环路面积来实现减小电源环路干扰的目的。
所述滤波、静电防护，通过在每个集成电路芯片的电源和地之间增加一个0.1uF的电容，可使得供电电源比较平稳，减少振荡；在电路设计中，去耦和旁路都可以看作滤波。
所述SIM卡座静电防护电路可采用四个静电抑制器实现对SIM卡的保护。
所述地线处理为线路板设计采用四层结构，单独设置一个地层和一个电源层，并对信号地和电源地做有效的隔离，降低串入信号中的干扰。在进行电路设计的时候，对地线的连接和处理一定要特别慎重，否则将会出现严重的地线干扰。
本发明使车载终端能够承受静电放电、辐射骚扰、射频场感应的传导骚扰、瞬变和浪涌等恶劣环境中可能产生的干扰，也能保证自身的辐射杂散骚扰、传导连续骚扰都在限值范围以内，可适用于环境复杂的车辆环境中。
附图说明
下面将结合附图对本发明进一步说明：
图1是本发明搭载于车载***的电磁兼容设计方法的车载终端的硬件***结构图。
图2是本发明搭载于车载***的电磁兼容设计方法的高电压保护和低电压保护设计电路原理图。
图3本发明是搭载于车载***的电磁兼容设计方法的车辆ACC检测电路原理图。
具体实施方式
参照附图1～3，本发明搭载于车载***的电磁兼容设计方法包括电源管理模块设计、信号采集电路模块设计、线路板布局设计、滤波设计和地线处理。信号采集电路模块主要包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路、K线采集电路等几部分；线路板布局考虑减少GPS模块、GPRS模块等的射频干扰和电源环路辐射干扰问题；滤波设计是为了消除导线上的干扰信号；地线处理包括PCB设计中设置单独的地层、信号地和电源地隔离等；电源管理模块用于给车载终端的其他模块供电，电源管理模块包括高电压保护电路、低电压保护电路、备用电池充电电路等几部分。车辆电瓶过来的电压经过高电压保护电路、低电压保护电路输入到开关稳压电源芯片，可实现输入电压40V的高电压保护和8V的低压保护功能；所述备用电池充电电路是为备用电池充电而设计的。
所述的电源管理模块设计，包括如下步骤：
1-1）选用支持输入范围为4V-60V的开关稳压电源芯片；车载终端的电源管理模块用于给其他模块供电，因为车辆上的电瓶电压一般是12V或者是24V，所以电源输入的电压值一般设计为9V-36V的电压范围；所述的开关稳压电源芯片可采用凌特LTC3824型开关稳压电源芯片，其输出的电压值为5V。
2）在车辆电源信号输入到开关稳压电源芯片的CAP（采样输入）引脚之前，增加共模电感、保险丝、瞬变电压二极管TVS、三极管、场效应管以及配备的阻容件等元器件组成高压保护电路，从而实现瞬变和浪涌的抗扰度（可承受瞬态200V的电压），电源管理模块还设有低电压保护电路，当车辆电平电压值过低时，自动切断与车辆电瓶的连接。所述的电压值过低时电压值低于8V。
所述高电压保护电路和低电压保护电路如图2所示，包括保险丝F3、二极管D1、二极管D10、稳压二极管D7、稳压二极管D8、稳压管D9、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电容C6、电容C20、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C21、共模电感L7、NPN型三极管Q8、NPN型三极管Q9、P沟道增强型场效应管Q1和开关稳压电源芯片U1，所述保险丝F3的一端与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与电阻R24的一端相连接，电阻R24的另一端与稳压二极管D7的阴极相连，稳压二极管D7的阳极与NPN型三极管Q8的基极以及电阻R25的一端相连，NPN型三极管Q8的发射极与电阻R25的另一端相连，NPN型三极管Q8的集电极分别和稳压二极管D8的阳极以及电阻R27的一端相连，稳压二极管D8的阴极与电阻R26的一端相连接，电阻R26的另一端与二极管D1的阴极相连；电阻R27的另一端与NPN型三极管Q9的基极相连，NPN型三极管Q9的发射极与NPN型三极管Q8的发射极相连，NPN型三极管Q9的集电极通过电阻R29与P沟道增强型场效应管Q1的栅极相连接，电阻R28和稳压管D9并联后分别与二极管D1的阴极以及电阻R29一端相连接，P沟道增强型场效应管Q1的源极与二极管D1的阴极相连；电解电容C1的负极与NPN型三极管Q9的发射极相连，电解电容C1的阳极与P沟道增强型场效应管Q1的漏极相连，共模电感L7的3脚与电解电容C1的负极相连，共模电感L7的1脚与电解电容C1的正极相连；电解电容C2、二极管D10、电容C20以及电解电容C21相并联后一端与共模电感L7的2脚以及电容C6的一端相连，电容C6的另一端与开关稳压电源芯片U1的CAP脚相连，开关稳压电源芯片U1的Rset脚以及GND脚通过电阻R3接地。当车辆电源低于40.4V时，NPN型三极管Q8导通，P沟道增强型场效应Q1导通，可将车辆电源输入到开关稳压电源芯片U1的10脚CAP引脚；当车辆电源高于40.6V时，NPN型三极管Q8截止，P沟道增强型场效应Q1截止，可实现高电压保护功能。当车辆电源高于8.8V时，NPN型三极管Q9导通，P沟道增强型场效应Q1导通，可将车辆电源输入到开关稳压电源芯片U1的10脚CAP引脚；当车辆电源低于8.4V时，NPN型三极管Q9截止，P沟道增强型场效应Q1截止，可实现低电压保护功能。
3）选择实现5V到3.3V的电压转换的电源稳压芯片，所述电源稳压芯片可采用特瑞仕线性电源稳压芯片XC62FP3302PR，车载终端的GPS模块、GPRS模块、CAN模块等供电电压为3.3V。
4）增加备用电池充电电路，在车辆总闸关闭或者被恶意破坏的时候给车载终端供电，在车辆总闸打开的时候取车辆电瓶的电进行充电；所述备用电池充电电路的充电芯片可采用PT6112，实现锂电池充电过程中的过充保护、过流保护以及短路保护。
所述的信号采集电路模块包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路、K线采集电路、RS232信号采集电路等模块，其设计包括如下步骤：
2-1）所述车辆ACC信号采集电路采用光耦实现信号隔离，防止信号被干扰。通过中央处理器的通用输入/输出接口GPIO的高低电平变化判断车辆ACC的开关状态；如果车辆上没有找到ACC信号，则在线路板上的R5位置焊接0欧姆电阻实现与地之间短接；所述光耦采用TLP181型光耦。
如图3所示，车辆ACC信号采集电路具有二极管D6、光耦N2、电容C19、电阻R19、电阻R5和电阻R23，二极管D6的阴极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端通过电容C19与电阻R19的另一端相连，电阻R18的另一端同时与光耦N2的引脚1相连；电容C19的另一端通过电阻R5接地，电容C19的另一端同时与光耦的输入引脚2连接；光耦N2的输出端引脚3接地，光耦N2的引脚4通过电阻R23与3.3V电源相连。光耦N2可采用TLP181，可实现信号隔离，能有效防止信号被干扰。可通过中央处理器的GPIO的高低电平变化判断车辆ACC的开关状态。如果车辆上没有找到ACC-信号，可以在PCBA板上的R5位置焊接0欧姆电阻实现与地之间短接。
2）所述CAN总线采集电路可采用ADM3053或CTM8251AT模块，实现控制器局域网络(CAN)物理层收发，方便与车辆CAN总线接口对接。
3）K线采集电路可采用AL9637D芯片，实现串口到K线电平的转换，方便与车辆K线对接。
4）RS232信号采集电路可采用MAX3232E芯片，实现TTL串口电平到RS232电平的转换，方便与车辆RS232接口对接。
所述线路板布局远离车载终端内置的GPRS模块和GPS模块，因为车载终端内置的GPRS模块和GPS模块的射频干扰大，通过合理布局元器件位置，保证尽可能减小环路面积来实现减小电源环路干扰的目的。
所述滤波、静电防护，通过在每个集成电路芯片的电源和地之间增加一个0.1uF的电容，可使得供电电源比较平稳，减少振荡；在电路设计中，去耦和旁路都可以看作滤波。
所述SIM卡座静电防护电路可采用四个静电抑制器实现对SIM卡的保护。
所述地线处理为线路板设计采用四层结构，单独设置一个地层和一个电源层，并对信号地和电源地做有效的隔离，降低串入信号中的干扰。在进行电路设计的时候，对地线的连接和处理一定要特别慎重，否则将会出现严重的地线干扰。
Claims (8)
1.一种搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于：包括电源管理模块设计、信号采集电路模块设计、线路板布局设计、滤波设计和地线处理；信号采集电路模块包括车辆ACC信号采集电路、CAN总线采集电路和K线采集电路；线路板布局考虑减少GPS模块、GPRS模块的射频干扰和电源环路辐射干扰问题；滤波设计消除导线上的干扰信号；地线处理包括PCB设计中设置单独的地层、信号地和电源地隔离；电源管理模块用于给车载终端的其他模块供电，电源管理模块包括高电压保护电路、低电压保护电路和备用电池充电电路，车辆电瓶过来的电压经过高电压保护电路、低电压保护电路输入到开关稳压电源芯片，可实现输入电压40V的高电压保护和8V的低压保护功能；所述备用电池充电电路用于备用电池充电；
所述的电源管理模块设计，包括如下步骤：
1-1）选用支持输入范围为4V-60V的开关稳压电源芯片；车载终端的电源管理模块用于给其他模块供电，因为车辆上的电瓶电压一般是12V或者是24V，所以电源输入的电压值一般设计为9V-36V的电压范围；
1-2）在车辆电源信号输入到开关稳压电源芯片的CAP采样输入引脚之前，增加共模电感、保险丝、瞬变电压二极管TVS、三极管、场效应管以及配备的阻容件组成高压保护电路，从而实现瞬变和浪涌的抗扰度，电源管理模块还设有低电压保护电路，当车辆电平电压值过低时，自动切断与车辆电瓶的连接；
1-3）选择实现5V到3.3V的电压转换的电源稳压芯片，所述电源稳压芯片采用线性电源稳压芯片XC62FP3302PR，车载终端的GPS模块、GPRS模块和CAN模块供电电压为3.3V；
1-4）增加备用电池充电电路，在车辆总闸关闭或者被恶意破坏的时候给车载终端供电，在车辆总闸打开的时候取车辆电瓶的电进行充电；所述备用电池充电电路的充电芯片采用PT6112芯片，实现锂电池充电过程中的过充保护、过流保护以及短路保护；
所述的信号采集电路模块设计包括如下步骤：
2-1）所述车辆ACC信号采集电路采用光耦实现信号隔离，防止信号被干扰，通过中央处理器的通用输入/输出接口GPIO的高低电平变化判断车辆ACC的开关状态；如果车辆上没有找到ACC信号，则在线路板上的R5位置焊接0欧姆电阻实现与地之间短接；
2-2）所述CAN总线采集电路采用ADM3053或CTM8251AT模块，实现控制器局域网络(CAN)物理层收发，与车辆CAN总线接口对接；
2-3）K线采集电路采用AL9637D芯片，实现串口到K线电平的转换，方便与车辆K线对接；
2-4）RS232信号采集电路采用MAX3232E芯片，实现TTL串口电平到RS232电平的转换，与车辆RS232接口对接。
2.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，步骤1-1）中所述的开关稳压电源芯片采用LTC3824型开关稳压电源芯片，其输出的电压值为5V。
3.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，步骤1-2）中所述的电压值过低时电压值低于8V。
4.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，步骤2-1）中所述光耦采用TLP181型光耦。
5.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，所述线路板布局远离车载终端内置的GPRS模块和GPS模块，因为车载终端内置的GPRS模块和GPS模块的射频干扰大，通过合理布局元器件位置，保证尽可能减小环路面积来实现减小电源环路干扰的目的。
6.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，所述滤波、静电防护，通过在每个集成电路芯片的电源和地之间增加一个0.1uF的电容，可使得供电电源比较平稳，减少振荡；在电路设计中，去耦和旁路都可以看作滤波。
7.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，SIM卡座静电防护电路采用四个静电抑制器实现对SIM卡的保护。
8.根据权利要求1所述的搭载于车载***的电磁兼容设计方法，其特征在于，所述地线处理为线路板设计采用四层结构，单独设置一个地层和一个电源层，并对信号地和电源地做有效的隔离，降低串入信号中的干扰。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20140402 Assignee: JIANGSU SEA LEVEL DATA TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: TIANZE INFORMATION INDUSTRY Corp. Contract record no.: X2020320000015 Denomination of invention: Electromagnetic compatibility design method for products carried on vehicular system Granted publication date: 20160120 License type: Exclusive License Record date: 20200518 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160120 |