【導(dǎo)讀】本文從車載總線中電源線的信號(hào)傳輸特征角度對(duì)車載總線進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)電源總線的傳導(dǎo)發(fā)射進(jìn)行了測(cè)試，得出了采用雙絞線作為電源總線有利于信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)論。
隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的汽車產(chǎn)品開始向智能化娛樂(lè)化的方向發(fā)展。越來(lái)越多的汽車上裝了GPS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)、車載計(jì)算機(jī)、車載DVD 等通信設(shè)備和娛樂(lè)系統(tǒng),但由此帶來(lái)了巨大的負(fù)面效應(yīng):有限的空間內(nèi)電子設(shè)備的密度越來(lái)越大,相互之間的干擾嚴(yán)重影響了車載設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性和安全性,引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視。國(guó)內(nèi)對(duì)車載總線技術(shù)的研究起步很晚,主要集中在總線的靈活性、實(shí)用性、協(xié)議等方面,從車載總線信號(hào)的傳輸特征的角度研究的很少。
從廣義的角度分析,總線沒有特定的協(xié)議,只要在滿足要求的條件下,能夠在其介質(zhì)上傳輸所需的信號(hào)即可。
車載通信系統(tǒng)中,總線的種類繁多,類型多樣。按照車載通信系統(tǒng)內(nèi)部總線傳輸信號(hào)的不同分為:用來(lái)控制設(shè)備、進(jìn)行設(shè)備與系統(tǒng)之間通信的數(shù)據(jù)總線; 用來(lái)傳輸音頻信號(hào)、視頻信號(hào)和電臺(tái)信號(hào)的射頻總線,和為各種設(shè)備和系統(tǒng)提供電源的電源總線。任何一臺(tái)設(shè)備,都必須有電源才能工作,因此電源總線在車載通信系統(tǒng)中的作用非常重要。
車載通信系統(tǒng)內(nèi)大部分設(shè)備和系統(tǒng)都是+ 24V直流電源,如車內(nèi)照明、各種不同波段的電臺(tái)、北斗定位系統(tǒng)、GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)以及很多網(wǎng)絡(luò)接口,也有5V、3. 3V 等,如板級(jí)供電等。電源總線一般為平行雙線和雙絞線。
電源信號(hào)分析
直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)形成,但由于濾波不干凈,就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成分,這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量即為紋波。
紋波的產(chǎn)生有很多原因,并且不可能徹底消除,只能將其減小,使其符合某一標(biāo)準(zhǔn)。圖1 為常用的開關(guān)電源的簡(jiǎn)化電路圖。從圖中可看出,輸出紋波主要包括低頻、高頻及控制環(huán)節(jié)引起的噪聲,還有一些共模噪聲。
圖1：電網(wǎng)供電開關(guān)電源簡(jiǎn)化電路
低頻紋波及抑制方法
開關(guān)電源包括AC/ DC 和DC/ DC 部分。其中整流部分一般通過(guò)整流橋整流,再經(jīng)過(guò)濾波平滑電容濾波而得。由于通常電源體積受限,平滑電容不可能無(wú)限大,所以導(dǎo)致低頻紋波的存在。一般的輸入電壓和輸出電壓紋波頻率(幾十赫茲) 較開關(guān)頻率(幾十甚至幾百千赫茲) 低得多,所以通常作低頻紋波分析時(shí),對(duì)變換器的高頻開關(guān)過(guò)程取了平均處理。采用功率匹配法和等效電流源法,來(lái)計(jì)算紋波電壓,一般表示為:
（1）
式中: IL 為整流橋輸出負(fù)載電流。
由式(1) 可知,低頻紋波的抑制方法主要有以下兩種：
(1) 加平滑電容的容量值。這樣一般會(huì)增加整個(gè)產(chǎn)品的總成本和體積。簡(jiǎn)單辦法是利用晶體管的放大特性,即構(gòu)成有源濾波器。
(2) 增加低頻濾波器。將它加在高頻開關(guān)整流電壓和輸出之間,可濾去高頻開關(guān)脈寬調(diào)制引起的差模濾波和整流器的低頻濾波。
高頻紋波及抑制方法
表1：高頻紋波電壓
由表1 可知,高頻紋波電壓的頻率與斬波頻率同頻,大小與開關(guān)電源的頻率和輸出濾波器有關(guān)。
電源的開關(guān)頻率越高,電感和電容值越大,輸出的紋波越小。
● 串聯(lián)非線性電感(見圖2) 。其中采用非線性飽和電感,正常狀態(tài)時(shí),它飽和不起作用; 關(guān)斷時(shí),限制的下降速度,電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),使二極管維持正偏并逐步向零偏壓過(guò)渡,接著轉(zhuǎn)向反相截止?fàn)顟B(tài)。
● 增大負(fù)載網(wǎng)絡(luò)電阻值。此方法的目的是減小峰值。這一點(diǎn)上,有些自激式串聯(lián)型開關(guān)電容:在復(fù)合晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電阻上并電容,能減少輸出紋波。
圖2：二極管串聯(lián)的非線性電感
電源總線傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)量
由上述對(duì)電源信號(hào)的分析可知,電源線上傳輸?shù)男盘?hào)可能存在較低頻率的紋波干擾和較高頻率的共模干擾。通常開關(guān)電源總線的干擾在30MHz以下。
采用GJB152 - 97 標(biāo)準(zhǔn)中,傳導(dǎo)發(fā)射CE102 的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。本測(cè)試方法用來(lái)測(cè)量被測(cè)設(shè)備( EU T) 輸入電源線(包括回線) 上的傳導(dǎo)發(fā)射。
所需測(cè)試設(shè)備:
(a) 測(cè)量接收機(jī);
(b) 數(shù)據(jù)記錄裝置;
(c) 信號(hào)發(fā)生器;
(d) 衰減器,20dB ;
(e) 示波器;
(f) T 型同軸連接器;
(g) 線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(L ISN)測(cè)試
圖3：測(cè)試配置圖
按照?qǐng)D3 進(jìn)行測(cè)試配置, 測(cè)試接收機(jī)接到L ISN 的信號(hào)輸出端口上的20dB 衰減器上。
(a) EU T 通電預(yù)熱, 使其達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài);
(b) 分別選擇平行雙線和雙絞線電源線進(jìn)行測(cè)試;
(c) 采用適當(dāng)?shù)膸捄妥钚y(cè)量時(shí)間,使測(cè)量接收機(jī)在適用的頻率范圍內(nèi)掃描。
通過(guò)以上對(duì)雙絞電源總線和平行線電源總線傳導(dǎo)發(fā)射的測(cè)量,得出圖4 的傳導(dǎo)發(fā)射強(qiáng)度:
圖4：雙絞線和平行雙線傳導(dǎo)發(fā)射強(qiáng)度
從圖中可以看出,同一頻點(diǎn)上,平行雙線的輻射發(fā)射強(qiáng)度要比雙絞線輻射發(fā)射強(qiáng)度大的多。所以雙絞線相對(duì)平行雙線有更好的電場(chǎng)發(fā)射抑制作
用,更適合作電源總線。
本文主要對(duì)車載總線中電源線的信號(hào)傳輸特征角度對(duì)車載總線進(jìn)行了研究,而且根據(jù)研究結(jié)果對(duì)電源總線的傳導(dǎo)發(fā)射進(jìn)行了測(cè)試,得出了采用雙絞線作為電源總線有利于信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)論。本文研究的角度對(duì)于車載總線技術(shù)的研究是比較新的,而得出的結(jié)論對(duì)于車載總線的電磁兼容性設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。
