车载T-BOX的电磁兼容测试技术

技术专家——王怡倩

工作单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司

职位：电器设备检测所汽车事业部项目工程师

工作方向：目前从事项目管理工作，熟悉各项电磁兼容测试项目及测试方法。

1、参与国家强制性标准GB14023，推荐性标准GB/T6113.201，GB/T6113.202，GB/T6113.203标准制修订工作

2、在汽车智能网联的电磁兼容测试技术方面有深入的理解，并输出了相关论文《车载T-BOX的电磁兼容测试技术》

3、CCAA认证人员（自愿性工厂检查员）

目前许多车辆上都安装了车联网终端，能够方便高效地连接卫星实现车辆定位，并且能够自动连接通信基站，将解析后的信息发送到第三方。对于车联网终端，需要以电磁波为载体来实现其功能，因此无线终端设备的EMC测试也变得愈发重要，只有通过了EMC测试，才能保证T-BOX（Telematics BOX）使用的稳定性，而车联网终端功能多样、技术复杂，在EMC测试中模拟其正常工况是一个技术难点。本文将详细论述如何在EMC测试中模拟出T-BOX的正常工况。

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车载T-BOX的工作原理、功能与应用

        TBOX包括：4G 模块、MCU处理器、CAN总线、音频处理、电源管理、外部接口几个部分。

图1 TBOX系统框图

Connector-接插件；Interface Circuit-接口电路；MCU-微程序控制器；Charger-充电器；Module-模块；Audio CODEC-音频编解码器；

        T-BOX作为无线网关为整车提供远程通讯接口，可以提供行车数据采集、行驶轨迹记录、车辆故障监控、车辆远程控制（开闭锁、空调控制、车窗控制、发送机扭矩限制、发动机启停）、驾驶行为分析、4G无线热点分享等服务。

        T-BOX是安装在车辆上、使用车载电源供电的设备，主要由车载主机、卫星天线、移动天线、电源线束和保险丝盒等部分组成，其中主机内集成有卫星通信模块和移动通信模块，如图2所示。

图2 车联网终端结构示意图

        当主机通电工作时，车载T-BOX可深度读取汽车Can总线数据和私有协议，卫星信号模块能够实时采集卫星信息，并解析信息，移动通信模块将解析后的位置信息通过移动网络上传到后台服务器。配合其他车载传感器，将车辆信息上传至第三方。通过计算机技术，将大量的车辆信息进行分析和处理，从而计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况、安排信号灯周期，甚至远程断油断电，实现防盗干预。

图3 T-BOX功能方案图

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EMC测试中的技术难点

T-BOX在进行EMC测试时，无线信号覆盖是必须解决的技术问题。辐射发射、辐射抗扰度等EMC测试需要在电波暗室中进行，而电磁兼容试验的一个基本原则就是让受试设备工作在典型工况下。在电波暗室中，空中的卫星信号和手机信号均被屏蔽，这与设备的测试工况要求存在矛盾。这一技术难题可以通过无线信号覆盖装置解决（见图4）。

图4 无线信号覆盖装置的结构示意图

该装置由以下几个部分组成 :

（1）接收天线：用于接收卫星信号和移动通信信号；

（2）信号转发器：安装于室内，具有输入和输出两个端口，能够放大接收天线收到的信号，以补偿电缆损耗；

（3）发射天线：安装于电波暗室或电磁屏蔽室内 ,其输入端与信号转发器的输出端连接，将放大后的无线信号输送至电波暗室或电磁屏蔽室内，进行覆盖；

（4）同轴电缆：用于上述设备的相互连接，接口类型为N型或SMA，特征阻抗为50Ω；

（5）同轴转接器：安装于电波暗室或电磁屏蔽室内的墙壁上，用于室内外同轴电缆的接入和滤波，电压驻波低于1.2。

以上方案解决了无线信号覆盖问题，确保T-BOX能够在实际工况下进行EMC测试。信号覆盖系统简单高效。

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车载T-BOX的电磁兼容测试

 3.1  用于测试的T-BOX的基本信息

        本文用于测试的T-BOX是一款车载前装T-BOX产品，无WiFi/BT/传感器，使用自带的GPS。主要提供CAN总线数据采集、数据上报、网络服务功能。工作频段为：TDD-LTE: Band 38/39/40/41（2555--2655MHz）；TDS：B34/39；GSM：Band Quadband 。该T-BOX在车身上属于一款连续型工作且含有源电子元件的电子模块，其外壳是属于非金属的的绝缘体，在车身的安装位置是在乘员舱，并且是在人体不可接触的部位，电源回线采用远端接地的方式。产品功能分类为辅助提高车辆的操作或控制性能，但不是车辆操作和控制所必须的功能，且失效后不会影响到车辆的行驶安全。

 3.2  试验系统布置

        首先需要在电波暗室中建立如下图所示的测试系统，并通过计算机软件在远端对车联网终端的功能状态信息进行设置和监控。使得车联网终端进入典型的工作状态。

图5 测试系统示意图

        Bench测试板连接外设MIC和Speaker播放器，通过40pin排线连接T-BOX，完成can和按键相关测试辅助功能，供电只需给Bench板供电12V，T-BOX不用再单独供电，T-BOX的USB线缆连接到笔记本的USB口，T-BOX外接GPS和ANT天线。连接示意图如下图所示。

图6 Bench测试板示意图

 3.3   EMI测试

        在进行发射测量时，应确保信号覆盖装置不会将不必要的电磁干扰信号引入电波暗室，影响试验结果的准确性。安装合适的带通滤波器，可以隔离外界电磁波对实验结果的影响，解决上述问题。辐射发射和传导发射测试在综测仪模式下进行测试，测试标准参照CISPR 25:2008，其中FM波段（76-108MHz）需满足CISPR 25-2008等级5；其它频段需满足Class3。综测仪的参数设置依据TBOX的参数来进行设置（TDD-LTE模式，B38/B39/B40/B41，工作频段：B41/40740/2605MHZ），同时用GPS信号源给TBOX一个GPS信号，通过上位机确认TBOX同时连接到综测仪以及GPS信号源发出的信号。

图7 EMI测试示意图

图8 综测仪参数设置界面

 3.4  EMS测试

        在进行T-BOX辐射抗扰度试验时，需要考虑信号覆盖装置的抗干扰问题。装置不能受到试验电磁干扰的影响而发生性能降低或损坏问题，可通过采用频段较窄（工作频段以外隔离度高）、前后比（即天线前向最大波瓣电平与后向的副瓣电平之比）较大的发射天线解决。在实际使用中，将发射天线的工作端面背离辐射干扰发射天线，能够有效避免干扰场强耦合进入卫星导航信号覆盖系统。抗扰度测试在4G公网模式下进行测试，使用GPS信号源给TBOX GPS信号得同时，还需要连接一个4G信号放大器，使TBOX连接到4G公网信号。

图9 EMS测试示意图

（1）辐射抗扰度测试

        测试标准参照ISO 11452-2:2004，试验中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。天线垂直极化和水平极化两种状态均需要进行测试。1GHz以上频段，应对T-BOX三个正交平面方向分别进行测试。

（2）大电流注入测试

        测试标准参照ISO 11452-4:2005，试验中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。T-BOX距离负载箱、人工电源网络的距离为1700mm。1MHz～30MHz，采用 DBCI 布置，电流注入探头应置于距T-BOX接插件 150mm 和 450mm 位置分别进行测试。T-BOX电源回线应置于大电流注入探头的外部，T-BOX其它线束应置于探头内部。30MHz～400MHz，采用CBCI 布置，电流注入探头应置于距DUT接插件450mm和750mm位置分别进行测试。T-BOX所有线束应置于大电流注入探头的内部。

（3）手持发射机抗扰度测试

        测试标准参照ISO 11452-9：2012，试验中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。测试X+/X-/Y+/Z+/Z-共5个面+线束3点（10cm间隔）,由于Y-安装位置朝向发动机舱，远离仪表台，无需进行测试。

（4）瞬态传导抗扰度测试

        测试标准参照ISO 7637-2:2004，测试过程中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。测试前后对WAN指标、GPS测量的CN值、MIC和Speaker进行验证。

（5）瞬态耦合抗扰度测试

        测试标准参照ISO 7637-3:2007，测试过程中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。T-BOX的电源线不进行测试，其余线束一起置于电容耦合箝（CCC）和电流探头（ICC）中测试。

（6）静电放电测试

        测试标准参照ISO 10605:2008，测试过程中需要对T-BOX的WAN通讯、CAN通讯、AVN USB通讯、GPS测试、KEY检测、Speaker检测、MIC检测等功能进行监控。断电测试后需上电检查各项功能，确保T-BOX的各项功能运行正常。

 3.5  受试设备状态监控

        执行测试时，需要对T-BOX的各项功能进行监控，监控设备主要有Bench板，4G综测仪，GPS信号发生器，IHU主机，PC监控软件等组成，在进行不同测试时，需要对不同监控设备进行监控，监控内容与方式如下表。其中最主要的是通过上位机相应的软件监控上位机上的CAN通信和GPS信号的连接状态。为了避免上位机在电波暗室内对测试的干扰以及保证CAN总线信号的正常传输，可以使用CAN信号光电隔离把上位机转接到暗室外对软件进行监控，以避免传输线受到电磁干扰而影响监控数据的有效性。

表一

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结语

        电磁兼容试验室在建立高能级共性试验能力的同时，还应根据T-BOX的技术特点，配备相应的信号覆盖系统、实时监控设备以及起到屏蔽、隔离等作用的辅助装置。这样才能适应T-BOX的技术发展要求，对其电磁兼容性能进行全面完整的测试和评估。

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参考文献

[1] 赵士桢,周蓓,马欣.车联网终端 EMC 测试实施中的关键点[J].安全与电磁兼容，2015（5）：25-27

[2] CISPR 25:2008 Radio disturbance characteristics for the protection of receivers used on board vehicles, boats and on devices-limits and methods of measurements[S]. 2008.

[3] Q/JLY J7110779B-2014《乘用车电气/电子零部件电磁兼容规范》