【導讀】本文從車載總線中電源線的信號傳輸特征角度對車載總線進行了簡要的分析，并根據分析結果對電源總線的傳導發射進行了測試，得出了采用雙絞線作為電源總線有利于信號傳輸的結論。
隨著現代通信網絡及電子技術的飛速發展,越來越多的汽車產品開始向智能化娛樂化的方向發展。越來越多的汽車上裝了GPS 定位導航系統、車載計算機、車載DVD 等通信設備和娛樂系統,但由此帶來了巨大的負面效應:有限的空間內電子設備的密度越來越大,相互之間的干擾嚴重影響了車載設備及系統的可靠性和安全性,引起了人們越來越多的重視。國內對車載總線技術的研究起步很晚,主要集中在總線的靈活性、實用性、協議等方面,從車載總線信號的傳輸特征的角度研究的很少。
從廣義的角度分析,總線沒有特定的協議,只要在滿足要求的條件下,能夠在其介質上傳輸所需的信號即可。
車載通信系統中,總線的種類繁多,類型多樣。按照車載通信系統內部總線傳輸信號的不同分為:用來控制設備、進行設備與系統之間通信的數據總線; 用來傳輸音頻信號、視頻信號和電臺信號的射頻總線,和為各種設備和系統提供電源的電源總線。任何一臺設備,都必須有電源才能工作,因此電源總線在車載通信系統中的作用非常重要。
車載通信系統內大部分設備和系統都是+ 24V直流電源,如車內照明、各種不同波段的電臺、北斗定位系統、GPS 導航系統、計算機以及很多網絡接口,也有5V、3. 3V 等,如板級供電等。電源總線一般為平行雙線和雙絞線。
電源信號分析
直流穩定電源一般是由交流電源經整流、濾波、穩壓等環節形成,但由于濾波不干凈,就不可避免地在直流穩定量中多少帶有一些交流成分,這種疊加在直流穩定量上的交流分量即為紋波。
紋波的產生有很多原因,并且不可能徹底消除,只能將其減小,使其符合某一標準。圖1 為常用的開關電源的簡化電路圖。從圖中可看出,輸出紋波主要包括低頻、高頻及控制環節引起的噪聲,還有一些共模噪聲。
圖1：電網供電開關電源簡化電路
低頻紋波及抑制方法
開關電源包括AC/ DC 和DC/ DC 部分。其中整流部分一般通過整流橋整流,再經過濾波平滑電容濾波而得。由于通常電源體積受限,平滑電容不可能無限大,所以導致低頻紋波的存在。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,對變換器的高頻開關過程取了平均處理。采用功率匹配法和等效電流源法,來計算紋波電壓,一般表示為:
（1）
式中: IL 為整流橋輸出負載電流。
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。這樣一般會增加整個產品的總成本和體積。簡單辦法是利用晶體管的放大特性,即構成有源濾波器。
(2) 增加低頻濾波器。將它加在高頻開關整流電壓和輸出之間,可濾去高頻開關脈寬調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,大小與開關電源的頻率和輸出濾波器有關。
電源的開關頻率越高,電感和電容值越大,輸出的紋波越小。
● 串聯非線性電感(見圖2) 。其中采用非線性飽和電感,正常狀態時,它飽和不起作用; 關斷時,限制的下降速度,電感產生反電動勢,使二極管維持正偏并逐步向零偏壓過渡,接著轉向反相截止狀態。
● 增大負載網絡電阻值。此方法的目的是減小峰值。這一點上,有些自激式串聯型開關電容:在復合晶體管的基極驅動電阻上并電容,能減少輸出紋波。
圖2：二極管串聯的非線性電感
電源總線傳導發射的測量
由上述對電源信號的分析可知,電源線上傳輸的信號可能存在較低頻率的紋波干擾和較高頻率的共模干擾。通常開關電源總線的干擾在30MHz以下。
采用GJB152 - 97 標準中,傳導發射CE102 的測試方法進行試驗。本測試方法用來測量被測設備( EU T) 輸入電源線(包括回線) 上的傳導發射。
所需測試設備:
(a) 測量接收機;
(b) 數據記錄裝置;
(c) 信號發生器;
(d) 衰減器,20dB ;
(e) 示波器;
(f) T 型同軸連接器;
(g) 線性阻抗穩定網絡(L ISN)測試
圖3：測試配置圖
按照圖3 進行測試配置, 測試接收機接到L ISN 的信號輸出端口上的20dB 衰減器上。
(a) EU T 通電預熱, 使其達到穩定工作狀態;
(b) 分別選擇平行雙線和雙絞線電源線進行測試;
(c) 采用適當的帶寬和最小測量時間,使測量接收機在適用的頻率范圍內掃描。
通過以上對雙絞電源總線和平行線電源總線傳導發射的測量,得出圖4 的傳導發射強度:
圖4：雙絞線和平行雙線傳導發射強度
從圖中可以看出,同一頻點上,平行雙線的輻射發射強度要比雙絞線輻射發射強度大的多。所以雙絞線相對平行雙線有更好的電場發射抑制作
用,更適合作電源總線。
本文主要對車載總線中電源線的信號傳輸特征角度對車載總線進行了研究,而且根據研究結果對電源總線的傳導發射進行了測試,得出了采用雙絞線作為電源總線有利于信號傳輸的結論。本文研究的角度對于車載總線技術的研究是比較新的,而得出的結論對于車載總線的電磁兼容性設計具有一定的借鑒意義。
