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針對車用系統要求之電子元件的電磁相容及品質驗證2019/01/16

 

 

摘要 : 車用電子化已經是現今的趨勢,各種電子零部件從以往的機械式運作都改成電子式運作,使得車內的電子零件越來越多。在此情況下,系統設計需要嚴格的考慮電磁相容(EMC)的問題,出貨前也需要經過把關。然而此問題並非單一系統設計所應該要解決的事情,電子零件單體若經過嚴格的EMC測試,系統設計(ex : ECU … etc)上也會遇到較少問題,使用上也會較為放心。本篇文章以車用的CAN晶片的電磁相容驗證來讓讀者瞭解有那些測試是必須要進行的。

 

1前言

 

  在進入20世紀80年代,汽車智慧化與人性化開始利用電子技術取代舊有設計,日新月異的技術讓汽車開始普及且購入門檻低。正因如此,在汽車相關晶片開發的過程中如何保證使用的電子器件穩定且具有高信賴性就極其重要了。目前,可透過AEC認證機制(Automotive Electronics Council)來把關零件資格與品質體系標準。目的在確認電子元件適合在汽車惡劣環境中使用,不僅在產品的耐受性及可靠性一併進行嚴格的把關,確保達到車規0ppm的要求目標。為了確保晶片品質可達汽車等級使用標準,晶片的生產方必須是具有IATF 16949認證的晶圓與封測廠家,再由委託製造公司基於AEC-Q100的對應要求來進行一系列的卡關。

 

  晶焱科技提供的CAN匯流排收發器AZCAN1042T (符合ISO 11898-2:2016),支援CAN FD協定速度最高到2Mbps,其SO8封裝相容目前汽車大量使用的規格。AZCAN1042T滿足了AEC-Q100認證,可達到Automotive Grade level 0 (-40 ~ +150)的溫度範圍。其製造生產是在具有IATF 16949資質認證的生產方,進行最嚴謹的卡控,保證器件在汽車環境使用無慮。

 

2.1晶片運作模式及基本驗證

 

  AZCAN1042T CAN匯流排收發器提供兩種工作模式,一種為正常模式而另一種為待機模式 (Standby mode)。當進入待機模式時耗流僅十微安,再透過晶片內部的匯流排喚醒判斷電路 (Low Power Receiver(LP_RX) +Wake-up filter)偵測CAN匯流排行為來決定是否喚醒主控制電路,如下圖一所示。CAN收發器本身也提供多種故障安全保護機制 (Fail-safe Protection),如預防CAN匯流排被異常佔用、電源低電壓偵測和晶片過溫截止保護(Thermal Shutdwon)等等。

  晶焱對AZCAN1042T所進行的基本驗證有電性功能測試與信賴度測試,各自表述下。

 

  a.電性測試包含如下表一項目

 

 

  b.信賴度測試則參考AEC-Q100-REV-H版本,項目如下表二

 

 

2.2 電磁相容(EMC)相關測試

 

  AZCAN1042T CAN匯流排收發器除了基本功能測試完成後,再針對以下幾個EMC測試項目進行驗證。包含的項目參考如下表三:

 

 

2.2.1 ESD靜電測試

 

  參考IEC 61000-4-2標準,將CAN收發器直接焊接在Demo board上,晶片的參考地與靜電槍共地來進行測試。分別針對AZCAN1042T單體的腳位(CANH & CANL)采最短距離進行接觸放電測試與空氣放電測試,示意圖分別為下圖二所示。

 

 

圖二

 

2.2.2 ISO 7637 : Test pluses 3a&3b

 

  AZCAN1042T CAN收發器在汽車環境工作時,會可能遭受機械開關產生的干擾。此干擾特性是受線束分佈電容與電感性影響。下圖三左方EV boardTXD端腳為輸入波型(參考黃色訊號波型),其右方的RXD端腳為輸出訊號(參考綠色訊號波型),匯流排利用DCC加上ISO7637 pulse 3a&3b 干擾源,並觀察RXD收下資料的狀況。

 

 

圖四可見AZCAN1042T與某商的差異,證實AZCAN1042T在汽車的惡劣環境對匯流排強大干擾下,依然可以正常的傳收資料,讓系統增大抗干擾能力進而增加其魯棒性 (Robustness)

 

 

2.2.3 IEC 61967-4傳導發射測量

 

  IEC 61967是針對積體電路(Integrated circuits)的電磁輻射測試標準,是種採用待測物與發生源設備之間直接耦合的測試方法。其中IEC 61967-4頻率由150kHz1GHz,測試中比對不同傳送速率 (500kbps v.s. 2Mbps) 下經由直接耦合所量測到的電磁輻射的特性表現。如圖五。

 

 

2.2.4 EN 55022無線電干擾特性測試

 

  國際標準EN 55022是種針對訊息技術設備(Information Technology Equipment, ITE)的無線電干擾特性限值與測量方式,標準中將產品發射種類分為AITEBITE。採用自行設計的電路可參考圖六,再透過協力廠商實驗室測試出相關資料,如圖七測試結果得知AZCAN1042T符合B類ITE的限值要求。

 

 

3 結論:

 

  晶焱科技的AZCAN1042T CAN匯流排收發器,已通過AEC-Q100認證資質。透過本文提到的電磁相容測試標準可知,AZCAN1042T可滿足ECU系統單元需要通過的電磁相容等級。此電磁相容的測試專案可讓系統研發人員在導入CAN匯流排收發器時,能適當的評估器件在相關測試專案的能力與導入的可行性,縮短系統開發時程。

 

參考資料

2012年第12號《機動車強制報廢標準規定》,商務部、發改委、公安部、環境保護部,http://www.mofcom.gov.cn/article/b/d/201301/20130100003957.shtml

汽車經濟使用壽命,楊廣文.交通大辭典:上海交通大學出版社,百度

IEC 61000-4-2, EMC - Part 4-2 : Testing and measurement techniques - Electrostatic discharge immunity test, International Electrotechnical Commission (IEC)

IEC 61000-4-4, EMC - Part 4-4 : Testing and measurement techniques -

Electrical fast transient/burst immunity test, International Electrotechnical Commission (IEC)

ISO 7637-2, Road vehicles - Electrical disturbances from conduction and coupling - Part 2 : Electrical transient conduction along supply lines only, International Organization for Standardization (ISO)

IEC61967-4, Integrated circuits - Measurement of electromagnetic emissions, 150kHz to 1GHz - Part 4 : Measurement of conducted emissions; 1Ω/150Ω direct coupling method, International Electrotechnical Commission (IEC)

EN 55022, Information technology equipment - Radio disturbance characteristics - Limits and methods of measurement,

 

 

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