車載兩用顯示器抗擾度測試方法

包蕾敏 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

0 引言

隨著國內(nèi)機(jī)動(dòng)車的普及，越來越多的信息類設(shè)備具有了車載兩用功能。以顯示設(shè)備為例，同一臺(tái)顯示器，具有多種數(shù)據(jù)輸入端口，可以外接VGA輸入線作為微機(jī)等信息設(shè)備的視頻輸出終端，也可以接車載電源，視頻線作為機(jī)動(dòng)車用視頻終端設(shè)備。

目前一輛機(jī)動(dòng)車上使用的電子設(shè)備占30%以上，并且?guī)в袩o線、GPS等發(fā)射裝置。如此密集的電子設(shè)備集中于機(jī)動(dòng)車這一狹小空間，使車輛內(nèi)部的射頻輻射環(huán)境較外界更復(fù)雜，機(jī)動(dòng)車電子設(shè)備的抗干擾性能尤為重要，是各大機(jī)動(dòng)車制造廠商關(guān)注的重點(diǎn)。

我國現(xiàn)有的針對(duì)產(chǎn)品射頻輻射抗擾度的測試標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T17618-1998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》沒有考慮設(shè)備作為車載設(shè)備的特殊性，GB/T17619-1998 《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測量方法》只考慮作為機(jī)動(dòng)車電子部件，而沒有考慮設(shè)備自身的功能特性（缺少直接的試驗(yàn)要求和方法），而且標(biāo)準(zhǔn)版本較為陳舊，與現(xiàn)行國際上及各大機(jī)動(dòng)車制造商所用的標(biāo)準(zhǔn)要求有一定差距。以目前被眾多機(jī)動(dòng)車廠商采用的ISO 11452系列標(biāo)準(zhǔn)與上述兩份標(biāo)準(zhǔn)相比較（見表1），可以看到作為顯示器的抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 17618-1998中測量的頻率范圍比GB/T 17619-1998和ISO11452系列標(biāo)準(zhǔn)要窄，且騷擾電壓等級(jí)也要比上述兩標(biāo)準(zhǔn)低許多?？紤]到車輛中的電磁環(huán)境，該標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)嚴(yán)酷程度不適合于測試設(shè)備作為車載用途的抗擾度性能。另外，可以看出，GB/T17619在測試信號(hào)上，仍然使用的是AM信號(hào)，沒有考慮目前機(jī)動(dòng)車中普遍使用的數(shù)字電話和無線發(fā)射設(shè)備。綜上所述，筆者認(rèn)為采用ISO11452系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此類產(chǎn)品進(jìn)行輻射抗擾度測試更適合目前實(shí)際情況。

ISO 11452系列標(biāo)準(zhǔn)中的電波暗室法對(duì)被測設(shè)備（EUT）和線束沒有限制條件，測試頻率可以涵蓋廣，可操作性很強(qiáng)。因此，從車載兩用顯示器的功能特性和實(shí)際使用條件出發(fā)，以電波暗室法為基礎(chǔ)，結(jié)合顯示器作為信息類設(shè)備和視頻播放設(shè)備的工作原理和特性，構(gòu)成了車載兩用顯示器射頻輻射抗擾度性能的測試系統(tǒng)，并提出了針對(duì)車載兩用顯示器的工作狀態(tài)和功能等級(jí)分類的建議。

表1 ISO11452與GB/T17619,GB/T17918在抗擾度試驗(yàn)的比較

由于ISO 11452的電波暗室法與現(xiàn)有的針對(duì)信息類設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17618-1998的測試方法都包含了80 ～ 1 000 MHZ的頻率范圍。為了清楚反映整個(gè)試驗(yàn)過程，本文在此頻率范圍對(duì)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試方法進(jìn)行了比對(duì)，下述試驗(yàn)均基于ISO 11452的電波暗室法，依據(jù)GB/T 17618-1998進(jìn)行的試驗(yàn)不再贅述。

1 試驗(yàn)方法

電波暗室測試法是由能產(chǎn)生不同等級(jí)射頻信號(hào)的射頻能量源，通過天線，向被測裝置（DUT）施加一個(gè)強(qiáng)度得到校準(zhǔn)的射頻場，以檢驗(yàn)設(shè)備對(duì)80 MHz ～ 18 GHz頻帶電磁場的抗干擾性能。電波暗室法的操作方法有兩種：閉環(huán)法和替代法。兩種方法都需要先進(jìn)行電波暗室和場強(qiáng)探頭的校準(zhǔn)。其差別在于：閉環(huán)法是由場強(qiáng)探頭將試驗(yàn)進(jìn)行中的場強(qiáng)讀數(shù)反饋給信號(hào)發(fā)生器，由信號(hào)發(fā)生器根據(jù)這個(gè)反饋度逐漸增加注入端的射頻功率，直到場強(qiáng)探頭測量到需要的嚴(yán)酷等級(jí)的場強(qiáng)值。替代法相對(duì)簡單，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電壓，注入射頻發(fā)射天線，產(chǎn)生符合設(shè)定的嚴(yán)酷等級(jí)的場強(qiáng)值進(jìn)行試驗(yàn)。本文選用替代法進(jìn)行試驗(yàn)。

2 車載兩用顯示器的性能判據(jù)

抗擾度測試的目的是在模擬的射頻電磁場輻射環(huán)境下，評(píng)估設(shè)備的性能變化。因此測試前需要確定設(shè)備性能判據(jù)。對(duì)于顯示器設(shè)備，測試中施加的無用信號(hào)會(huì)使圖像質(zhì)量降低，如圖像重疊、屏幕閃爍或抖動(dòng)、圖像紊亂等，主要采用主觀方式對(duì)設(shè)備圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)ISO 11452標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)設(shè)備的功能特性分類方法，并且考慮到車載兩用顯示器不屬于影響機(jī)動(dòng)車安全行駛的關(guān)鍵部件，筆者建議此類設(shè)備合格的標(biāo)準(zhǔn)可以定義為：DUT在施加騷擾期間，能執(zhí)行所設(shè)計(jì)的所有功能。允許性能降低，從正常距離看，允許DUT有閃爍、顏色、聚焦、抖動(dòng)等性能降低的現(xiàn)象，但是不允許出現(xiàn)影響駕駛員正常駕駛的干擾，如產(chǎn)生聲音的嘯叫等；在停止施加騷擾后，DUT能自行恢復(fù)正常工作。如果不符合上述定義，則認(rèn)為DUT不合格。設(shè)備功能等級(jí)的分類最終由生產(chǎn)廠商決定，上文給出的僅供參考。

3 設(shè)備工作狀態(tài)

車載兩用顯示器一般都具有兩種應(yīng)用方式，即可作為顯示器，也可作為車載的音視頻播放器使用。因此在測試時(shí)，定義了以下兩種工作狀態(tài)。

3.1 設(shè)備作為信息技術(shù)設(shè)備使用

使DUT顯示滿屏字符“H”的滾動(dòng)圖案，將設(shè)備的對(duì)比度、亮度調(diào)節(jié)至最大。

3.2 設(shè)備作為視頻播放器使用

本文使用的DUT具有音頻播放功能，故使用符合GB/T3174-1995規(guī)定要求的標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)作為有用信號(hào)，調(diào)整DUT的亮度、對(duì)比度和彩色飽和度獲得下述亮度值。

測試圖形中品紅條的亮度值如果達(dá)不到規(guī)定值，應(yīng)將其亮度置于盡可能大，并在測量結(jié)果中注明實(shí)際亮度值。聲音信號(hào)使用1 kHz正弦信號(hào)，調(diào)整DUT音量達(dá)到500 mW音頻輸出電平。

4 試驗(yàn)要求

4.1 頻率范圍、駐留時(shí)間和頻率步長

試驗(yàn)在80 MHz ～ 1 GHz整個(gè)頻段范圍內(nèi)進(jìn)行。干擾場強(qiáng)在各個(gè)頻率點(diǎn)的駐留時(shí)間不小于1 s，頻率步長應(yīng)不超過表2中的線性步長要求。

表2 線性步長要求

4.2 試驗(yàn)信號(hào)

1）在80 ～ 800 MHz頻率范圍內(nèi)，使用調(diào)制頻率1 kHz、調(diào)制度80%的AM信號(hào)。

2）在800 ～ 1 000 MHz頻率范圍內(nèi)，使用脈沖調(diào)制信號(hào)，重復(fù)周期4.6 ms,脈沖寬度577 μs。試驗(yàn)信號(hào)如圖1所示。

5 測試過程

在電波暗室中進(jìn)行測試。被測裝置（DUT）置于一低介電常數(shù)（εr≤ 1.4）的絕緣材料上，高于接地板（50±5）mm。接地板放置在距離地面（900±100）mm的高度。為了模擬實(shí)際裝車條件，被測件外殼不與接地板連接，被測件的各個(gè)面距離接地板邊沿（200±10）mm。DUT按實(shí)際使用狀態(tài)連接線束。使用對(duì)數(shù)周期天線進(jìn)行測試。

圖1 試驗(yàn)信號(hào)

在計(jì)算機(jī)控制下，根據(jù)場強(qiáng)監(jiān)視器讀數(shù)，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生射頻信號(hào)，經(jīng)過放大器放大后由天線發(fā)射并達(dá)到所需試驗(yàn)場強(qiáng)。在80 ～ 1 000 MHz，天線垂直極化；在400 ～ 1 000 MHz，天線水平極化。試驗(yàn)布置見圖2。

表3為實(shí)驗(yàn)室對(duì)5臺(tái)類似用途顯示器所做試驗(yàn)的原始記錄和試驗(yàn)結(jié)論，試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)為25 V/m。

這5臺(tái)樣機(jī)同時(shí)根據(jù)GB17618-1998標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了輻射抗擾度測試，測試頻率范圍為80～1 000 MHz，試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)使用3 V/m均未出現(xiàn)性能降低現(xiàn)象，可判斷為合格。

比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，試驗(yàn)樣品在使用調(diào)制頻率1 kHz、調(diào)制度80% AM信號(hào)的情況下，在較高的場強(qiáng)干擾下可以保持性能穩(wěn)定，但是對(duì)于使用脈沖調(diào)制信號(hào)CW的情況下，出現(xiàn)不同程度的性能降低。由于這個(gè)頻段正是GSM信號(hào)的發(fā)射頻段，在設(shè)計(jì)上對(duì)視頻電路加以改進(jìn)，增加線路的屏蔽，以衰減來自機(jī)動(dòng)車內(nèi)其他發(fā)射設(shè)備發(fā)射的干擾信號(hào)。另外可以看到，有部分顯示器的音頻播放功能在較高場強(qiáng)作用下，會(huì)出現(xiàn)音頻雜音，原因是無用的信號(hào)通過設(shè)備外置電纜進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，耦合至音頻輸入端，無用信號(hào)被放大后輸出嘯叫雜音。對(duì)于這類現(xiàn)象，可以考慮在信號(hào)傳輸線上增加有效的EMI濾波器件，讓干擾信號(hào)無法進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。在進(jìn)行上述整改后，設(shè)備在實(shí)驗(yàn)中的性能下降情況得到了改善。

圖2 輻射抗擾度測試-雙對(duì)數(shù)天線

表3 5臺(tái)類似用途顯示器的試驗(yàn)結(jié)論

6 結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果說明，對(duì)于車載兩用顯示器來說，單純使用現(xiàn)有的GB17618-1998標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)上是不適合用于在抗擾度要求更高的機(jī)動(dòng)車內(nèi)使用的。本文所提出的試驗(yàn)方法，可以幫助產(chǎn)品制造廠商找出干擾源，以確定采取相應(yīng)的抗干擾措施，使產(chǎn)品電磁兼容上的設(shè)計(jì)更全面。

[1]ISO/TC 22-Road Vehicles-Subcommittee SC3. ISO11452-1-2005[S]. France，2005.

[2]ISO/TC 22-Road Vehicles-Subcommittee SC3. ISO11452-2-2004[S]. France，2004.

[3]全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T17618-1998[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[4]廣播電影電視部標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃研究院. GB 3174-1995[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[5]全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T17619-1998[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[6]全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T9383-2008[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.