车零部件EMC整改案例系列专题-车载摄像头产品辐射发射整改案例
某厂家摄像头辐射超标整改案例
单位名称：深圳市赛盛技术有限公司
作者：Mr. Lau 供稿 时间：2019-12-11
一、 现象描述
1. 产品信息
随着汽车电子技术的发展，摄像头在汽车上的应用也越发广泛，比如行车记录仪、变道辅助、驻车辅助、360全景等。车载摄像头能非常实时的呈现视频和音频的功能为我们交通事故处理和定位提供了更科学的依据，让我们的财产和人生安全得到了充分的保障。
图 1 摄像头实现功能
摄像头的整车布局与安装，摄像头的整车电气拓扑可以参考下面的图示（图示电气图为某倒车摄像头电气结构图）。由摄像头的安装位置与电气特性可见，摄像头的RE问题如果没有能很好解决，可能会直接影响整车的辐射发射测试，从而影响到整车厂的车型公告获取。因此在目前车联网技术快速发展的背景下，摄像头的电磁兼容设计需要给与足够的重视。
图 2 摄像头安装位置与电气拓扑示例
2. 问题简介
某厂家摄像头产品特性如下：
供电：
额定电压 | 接口类型 | 线缆类型 | 备注 |
DC 12V | 低压供电 | 非屏蔽 |
接口特性：
接口名称 | 接口数量 | 接口类型 | 电缆类型 | 备注 |
通讯接口 | 1 | CAN | 非屏蔽 | |
电源接口 | 1 | 低压供电 | 非屏蔽 |
结构特性：金属外壳
1. 试验要求
试验标准：GB/T 18655-2010 Class3
2. 问题描述
该产品为车载摄像头，电磁兼容RE测试时，30MHz-1GHz频段超标，主要解决频点为210.4MHz和229.5MHz，如下图所示。
图 3 原始数据
二、 原因分析
定位分析过程
1. 摄像头的内部原理图框架图
图 4 原理图框架
2. 辐射路径
1) 空间路径
Ø EUT有完整的金属外壳，此路径可排除。
2) 传导路径
Ø 芯片电源3.3V；
Ø CLK信号走线；
Ø VIIF信号走线；
Ø CAN通讯线。
3. 定位分析摄像头与主芯片
供电 | 样机状态 | 测试结果 | |
3.3V | 去掉CLK信号的磁珠（断开CLK的传导路径）。 |
| |
去掉CLK信号的磁珠后，210.4MHz和229.5MHz频点还是超标。 | |||
3.3V | 去掉CLK信号的磁珠和VIIF的排阻（断开摄像头与主芯片的VIIF和CLK信号的传导路径）。 |
| |
1、 去掉CLK信号的磁珠和VIIF的排阻后，干扰频点210.4MHz消失，频点229.5MHz有所降低，但还是超标； 2、 断开VIIF信号的传导路径后干扰频点210.4MHz消失，说明VIIF信号为干扰路径之一。 | |||
3.3V | 去掉CLK信号的磁珠、VIIF的排阻和摄像头排线（断开摄像头与主芯片的VIIF、CLK信号和摄像头传导路径）。 |
| |
1、 去掉CLK信号的磁珠、VIIF的排阻的基础上，去掉摄像头排线，使摄像头处于不工作状态，此时，干扰频点229.5MHz消失； 2、 干扰频点229.5MHz消失，说明此干扰频点来源于摄像头，摄像头为干扰源之一； 3、 因摄像头与主芯片的信号均已断开，摄像头的干扰路径只有3.3V电源，因此判断229.5MHz干扰频点是从摄像头的3.3V供电辐射出来的，摄像头的3.3V供电是干扰路径之一。 | |||
注：3.3V供电时，样机只有摄像头和主芯片处于工作状态，CAN通信在定位前已做断开处理。
4. 结论
干扰源 | 摄像头 |
干扰路径 |
|
单极子天线模型
图 5 单极子示意模型
三、 措施与方案
1. VIIF信号
1) 磁珠的工作原理
在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振,因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。
在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
磁珠的等效模型
图 6 磁珠等效模型
注： Rbead：直流电阻 Lbead：等效电感 Cpar：等效并联电容 Rpar：等效并联电阻
2) 贴片磁珠的低频阻抗缺陷
使用磁珠需特别关注其有效频段内的阻抗特性，此时我们需要查询器件手册。磁珠的厂家手册中都会给出其频率阻抗曲线图，选用的磁珠的原则是需要保证在我们需要滤波的频段内，其阻抗尽可能的高。具有高Q值的磁珠，其频率阻抗特性图中，滤波频段会比较窄，特别在低频段通常阻抗值会偏低。
因此在低频段的电源滤波时候，选用磁珠需要谨慎选择，在较大电流的场合，多空磁珠有时更有优势。
图 7 磁珠的频率阻抗曲线
3) 用多孔珠仿真磁性材料的高频特性
Ø 仿真原理图
图 8 仿真原理图
C1=1uF（50V，0805）；C2=2.2uF（50V，0805）；C3、C4=100nF（50V，0603）
L1为3mH共模电感，型号为XC43444A2H3；
L2、L3为多孔珠，额定电流3A
Ø 阻抗频率特性
图 9 多孔珠的阻抗频率特性
Ø 仿真模型
图 10 无多孔珠的24VDC滤波电路共模插损仿真模型
图 11 有多孔珠的24VDC滤波电路共模插损仿真模型
图 12 24VDC滤波电路共模插损参考仿真模型
Ø 仿真结果
图 13 有无多孔珠的24VDC滤波电路共模插损仿真结果对比
从仿真结果可以看出，24VDC滤波电路前面增加多孔磁珠后对20MHz-1GHz频率范围内的辐射都有明显的抑制作用。
由于干扰信号主要为高频信号，利用磁珠能起到很好滤波效果。
4) 整改对策：
电阻排换成磁珠排，磁珠排型号BA4A-11-201005-121T。
图 14 磁珠排
2. 电源端口
当摄像头和主芯片处于工作状态时，线束与外壳之间存在电位差，即共模电压，此时，线束将会对外辐射。
图 15 辐射模型
当我们把辐射模型代入测试场地布置中，可得以下模型：
图 16 测试布置图
注： 干扰源：EUT 耦合途径：空间辐射 敏感设备：接收天线
在线束上增加阻抗或者在线束与外壳之间增加电容，可以减小线束与外壳之间的共模电流，达到降低辐射的效果。
图 17 滤波实现方式
整改对策：
电源端口增加滤波电容。
图 18 电源端口增加滤波电容
四、 试验结果
在调整电源滤波电路后，测试结果满足标准的Class 3等级要求。
图 19 整改后的实验结果
五、 经验分享
1) 当我们的EUT内部有多个集成电路或者芯片时，除了需要给时钟等信号做滤波外，还要对集成或者芯片的供电电源增加去耦电容，增加电源去耦电容的优点：
a) 减小集成电路电路或者芯片之间的相互耦合；
b) 提供了电源与地之间的地阻抗，增强了集成电路或者芯片的抗干扰能力。
2) 了解EMI器件的产品特性，对整改会有很大帮助，比如本文中的磁珠的特性，磁珠在低频几乎没有任何阻抗，只有在高频时候才会表现较好的阻抗特性。
3) 要正确的选择磁珠，必须注意以下几点：
Ø 需要滤波的信号频率范围为多少
Ø 噪声源是谁
Ø 需要多大的噪声衰减
Ø 环境条件是什么（温度、直流电压、结构强度）
Ø 电路和负载阻抗是多少
