超越传统滤波:同轴电缆供电如何重塑 EMI 控制


电磁干扰格局继续快速发展。5G网络的成熟、自动驾驶汽车的爆炸性增长以及物联网设备的广泛部署给EMI/EMC设计带来了新的挑战。对于汽车应用来说,最重要的是,摄像头实现中同轴电缆供电系统的激增为管理共享传输线上的电源和高速数据信号带来了独特的要求。

近年来,监管环境显着扩大。美国汽车工程师协会现在维护着 30 多项 EMC 相关标准,反映了汽车电子日益复杂的发展。这些要求涉及自动驾驶汽车传感器系统、V2X 通信、高压电动汽车动力总成和高级摄像头系统。同时,新的 CISPR 标准现在适用于高达 71 GHz 的 5G 毫米波频率,而 IEC 增加了对密集部署场景中物联网设备抗扰度的要求。

IEEE 802.3bt 和新兴的汽车同轴电缆供电标准现在需要考虑 EMI 范围,以实现高速数据传输,这可能与现代汽车应用最相关。这代表了与主要关注低于 100 MHz 频率的传统 EMI 控制的重大转变。

PoC 系统提出了传统 EMI 文献中未充分解决的独特挑战。现代汽车 PoC 实施必须以高达 2.4 GHz 的频率传输数据,同时传输直流电源和低频控制信号。这创造了一个复杂的电磁环境,传统的滤波方法往往被证明是不够的。

根本挑战在于频率分离。这些系统需要直流超低阻抗的供电路径、数据频率的高隔离滤波以及数据传输频段中的最小插入损耗。与可以独立优化电源和信号路径的传统系统不同,PoC 系统需要同时解决这两种功能的集成解决方案。

共模 EMI 在 PoC 实施中提出了特殊的挑战。中心导体和屏蔽层之间的干扰耦合会破坏电力传输和数据完整性。先进的偏置三通设计现在在直流路径上集成了宽带铁氧体抑制器、用于数据隔离的传输线变压器和集成的 ESD 保护。一些制造商已开始将 EMI 抑制元件直接集成到 PoC 电缆组件中,包括分布式铁氧体负载和优化的屏蔽端接。

传统的被动滤波仍然至关重要,但主动技术已经发生了显着变化。现代扩频实现现在包括自适应跳频,其中电源转换器根据实时 EMI 测量动态调整其开关频率。事实证明,这种方法在汽车应用中特别有价值,在汽车应用中,转换器必须避免干扰关键系统,例如 GPS 和防撞雷达。

机器学习已经开始改变主动 EMI 滤波。先进的系统现在使用 AI 算法来预测干扰模式并先发制人地调整消除信号,与传统的反应方法相比,性能提高了 20 dB 以上。这些自我优化的有源滤波器可根据不断变化的系统条件不断调整其传递函数,在 EMI 源随驾驶条件动态变化的汽车应用中尤其有价值。

电动汽车动力总成引入了全新的 EMI 考虑因素。工作电压为400V至800V的高压系统,结合频率超过1 MHz开关的宽禁带半导体,可产生远至GHz范围的EMI。电动汽车中的长高压电缆充当高效的天线,需要远远超出传统负载点滤波的分布式 EMI 抑制策略。

现代车辆集成了数十种传感器,包括摄像头、雷达和激光雷达,这些传感器必须共存而不会相互干扰。这种多传感器环境需要系统级 EMI 设计,而不是组件级解决方案。此外,网络安全考虑现在会影响 EMI 滤波器的设计,因为电磁辐射可能会泄露有关车辆系统和作的敏感信息。

组件规格已经发展以应对这些挑战。现代 EMI 抑制电容器提供从直流到 1 GHz 以上的有效滤波,而先进的铁氧体材料可实现高达 6 GHz 的共模扼流圈。PCB 布局指南变得更加严格,与传统的 λ/10 间距相比,对于 1 GHz 以上的频率,现在需要每 λ/20 进行一次过孔缝合。

测试方法也发生了类似的变化。EMC 验证现在包括在实际条件下在实际车辆中进行测试,而不仅仅是实验室环境。一些先进的汽车系统具有实时 EMI 监控功能,以检测运行过程中的退化或干扰。

当今的 EMI 控制不仅需要了解传统的滤波原理,还需要了解现代电子系统的系统级相互作用。主动滤波、人工智能增强的适应和特定于应用程序的解决方案(例如同轴电缆供电所需的解决方案)的集成代表了当前的技术水平。

在这种环境中取得成功需要一种整体方法,将传统的无源滤波作为基础、用于增强性能的主动技术、针对专用系统的特定应用解决方案以及实际作条件下的实际验证相结合。随着电磁环境变得越来越复杂,复杂的 EMI 控制策略对于系统可靠性和法规遵从性将变得更加重要

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