汽车电子大电流注入法（BCI）测试项介绍及案例分析

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背景

近几年随着汽车向电动化、智能化和网联化方向发展，汽车有限的空间内集成了越来越多的电子设备，这些电子设备也带来越来越多的电磁兼容问题。为了应对电磁兼容问题，电子零部件在装上整车前必须进行电磁兼容测试。

由于车辆内的线束是互相捆绑在一起的，而各个线束皆有各自的电流，线束间容易受到彼此的干扰，干扰会由线束端口或者空间辐射进入电子设备，影响设备正常工作。

大电流注入(Bulk Current Injection,BCI)法因仅需在屏蔽室内进行，成本较必须在电波暗室进行的辐射抗扰度低得多，同时不侵入被测设备的特点，成为电子部件验证的必选方法。

大电流注入(BCI)法是使用电流注入探头将骚扰信号直接耦合到线束上进行抗扰度试验的一种方法。注入探头为电流互感器，被测装置(EUT)的线束穿过其中。通过改变试验严酷等级和感应骚扰的频率进行抗扰试验。

BCI测试介绍

BCI是一种通过电流注入探头将干扰信号直接诱导到线束中进行抗扰度测试的方法。注入探头是一个电流变压器，被测设备（DUT）的线束通过它。抗扰度测试是通过改变测试严重程度和诱导干扰的频率来进行的。

大电流注入(BCI)测试方法是基于电流注入到线束使用作为变压器的电流探头，其中线束形成次级绕组，是一种线束励磁试验方法和确定抗扰度的测试方法。

大电流注入测试工作原理

大电流注入测试的工作原理是利用电流注入探头这个互感器将干扰信号感应至线束。

图1. BCI测试环境搭建图

在这个试验过程中，电流注入钳相当于第一电流变换器，线束作为第二电流变换器，因此，射频干扰信号通过电流注入探头耦合后，转换为射频电流，如图2所示，在线束中以共模方式流过，通过参考地回流进入EUT的连接端口，也称CBCI，一般应用在高频测试（30MHz~400MHz）。

图2. CBCI共模干扰测试环境搭建图

或者如图3所示以差模方式流过，通过被测线束以外的其它线束回流进入EUT连接端口，也称DBCI，一般应用在低频测试（0.1MHz~30MHz）。电流监测钳作为线缆电流的测量装置，实时监测线束实际感应电流值。

图3. DBCI差模干扰测试环境搭建图

图4. 共模、差模测试示意图

在共模注入CBCI和差模注入DBCI中，所注入电流的能量和干扰路径是不同的，两种试验结果也会产生较大差异。如图7所示，差模注入（DBCI）的特征是噪声在线束与线束之间形成回路，回流路径基本是阻抗较低的线束或通路，通常是地线。共模注入（CBCI）的特征是噪声在线束与地之间形成回路，通过空间耦合与地形成回路。从上图中可以看出差模与共模整个回路是完全不同的，即使是同一被测样品，两种测试方法，也可能存在不同的试验结果。

BCI测试方法

BCI的测试方法包括开环法和闭环法，开环法也通常叫做替代法，这两个测试方法在产品测试要求中一般都要进行测试。

1、替代法

在试验之前以前向功率作为试验的基准参数进行系统校准，产生所要测试的电流等级，记录好功放输出的前向功率。测试过程中按校准确定的基准参数对DUT施加干扰信号进行试验。校准和试验过程中前向功率、试验电流等级都应被记录下来。

图5. BCI测试替代法环境搭建图

2、闭环法

将预先校准好的RF干扰信号经射频功率放大器放大后，通过电流注入探头注入至线束中。同时通过电流测量探头测量线束中的实时电流值，比较实时电流值与目标值，决定是升高或降低信号电平输出来达到预先设置的目标值。

图6. BCI测试闭环法环境搭建图

目前，各大OEM车厂以及标准制定组织在制定BCI产品标准时，都将ISO 11452-4作为测试方法，但出于自身不同的考虑，一般只会选择开环法和闭环法中的一种。对于ISO 11452-4，开环法与闭环法主要存在以下差异：

1)开环法的试验线束长度为1700mm，闭环法的试验线束长度为1000mm;

2)开环法的电流注入位置为150mm, 450mm和750mm，而闭环法的电流注入位置为900mm；

3）闭环法必须使用电流监测钳，监测钳位于50mm处，而开环法测试中电流监测钳只是作为一种选择，一般不使用监测钳；

4）开环法是一种基于给定注入前向功率的开环测试，而闭环法则是通过电流监测钳实时监测的闭环测试。

BCI测试环境

1、BCI测试的环境

试验温度：（23±5）℃

试验湿度：20% ~ 80% RH

试验电压：12V系统为（13.5±0.5）V；24V系统为（27±1）V

对于汽车电子系统测试来说，典型的信号频率范围如下：

BCI测试频率范围：1MHz~400MHz 或者 0.1MHz~400MHz 试验需在屏蔽室中进行。

2、BCI测试的布置要点

DUT应布置在绝缘、厚度为(50±5)mm、低相对介电常数（ε< 1.4）的材料上。

•DUT表面应与接地平面边缘距离≥100mm。

•DUT和屏蔽壳体的任何金属部分之间距离应≥500mm，接地平面除外。

•除非在测试计划中另有说明，试验应采用开环法，DUT和模拟负载之间的线束长度应为（1700 -0/+30）mm，从DUT侧起线束与实验桌前言平行部分应至少1500mm。

•测试线束（或分支）应布置在绝缘、厚度为(50±5)mm、低相对介电常数（ε< 1.4）的材料上。

•除非DUT外壳在实车中与金属车架搭接，否则DUT外壳不得与接地平面接地。

•负载模拟器最好直接放置在接地平面上，如果负载模拟器使用的式金属外壳，则该外壳应连接到接地平面上，接地电阻应<2.5mΩ。

•在测试过程中，若使用电流监测探头进行监视，应布置在距离DUT连接器（50±10）mm位置处。

• LISN：对于远端接地应用两个LISN，对于近端接地可以只用一个LISN（接于正极）DUT负极则直接连接在接地平面。

图7. BCI测试替代法测试布置示意图

替代法：线束长度为1700(+300/-0) mm。

电流注入探头与 DUT 的距离为（150±50） mm，（450±50）mm，（750±50）mm。

如需放置电流监控探头，其距 DUT 的距离为（50±10）mm。

图8. BCI测试闭环法测试布置示意图

闭环法：1000(+200/-0) mm。

电流注入探头与DUT的距离为（900±10）mm，闭环法必须要放置电流监控探头且到被测设备连接器的距离为（50±10）mm。

调制方式

根据ISO 11452-1标准的定义，调制信号的类型和频率由DUT的特性决定，如无其它规定，应参照下列要求：

——未调制正弦波（CW）

——调制频率为1kHz，调制深度为0.8的调幅正弦波 (AM)

——脉冲宽度为577us，周期为4600us的脉冲调制正弦波（PM）

实际实验时不能使用放大器的通断所形成的脉冲或100% AM调制波（调制深度m=1）来代替PM调制波。

图9. BCI测试不同调制模式下的信号图

调制信号的使用频率范围如下：

——CW: 0.01MHz ~ 18GHz

——AM: 0.01MHz ~ 800MHz

——PM: 800MHz ~ 18GHz

其中BCI测试的调制方式为CW和AM

BCI测试频率步长如下，每个频点的驻留时间一般为2s：

图10. BCI测试不同频率表

BCI测试等级

图11. BCI测试不同等级要求

BCI测试注意事项

1、选择适当的测试电流
在进行大电流注入测试时，应当根据要求选择一个比电路额定工作电流更大的测试电流。这可以确保测试的充分性，并有效避免电路的损坏。

2、确定测试持续时间
测试持续时间指的是将大电流注入到电路中的时间。在确定测试持续时间时，需要考虑电路的热耗散能力，以防止过热导致电路损坏。

3、控制测试环境
大电流注入测试需要在恰当的环境条件下进行。这包括确保测试设备工作稳定性和准确性，以及控制电路周围的温度、湿度等环境参数。

BCI测试案例整改分析

案例背景介绍

汽车座舱控制器在BCI测试时进入RVC倒车模式，发现屏幕上的摄像头画面出现雪花波纹。因为RVC模式需要用到汽车的后置摄像头将数据传输至控制器，所以在BCI测试过程中，信号容易造成干扰，测试设备框图如下：

图12. 摄像头视频传输路径图

CVBS介绍

摄像头使用的是传统的CVBS（复合视频基带信号），是模拟信号，早期是用来模拟电视的主要输入接口，用于接收电视界面。它通过单一电缆传输亮度(Y)、色度(C)和同步信号，将视频信息整合为一个复合信号。

CVBS信号的优点是成本低，技术成熟，无需复杂的设计，但是缺点是采用模拟波形传输数据，信号易受干扰，尤其在长距离传输时可能出现图像模糊，测才失真等问题。

电路图设计介绍

下图是CVBS摄像头电路模拟信号的输入电路，R1、C1和C3组成的π型RC滤波器，目的是滤掉模拟视频信号在传输过程中的反射信号，这也是EMC实验中需要注意的地方。

R2是视频总线源端电阻，下拉至GND的电阻可以确保整个视频传输系统的阻抗匹配，进一步减小反射和失真。

C1电容是视频信号的隔直电容，CVBS信号采用交流耦合是为了确保接收视频系统兼容，可以消除可能的地环路，还能保证无论发送端使用何种直流电压，接收端都能根据自身要求重新建立直流参考电压。

图13. 模拟视频信号的板内原理图

BCI测试问题分析

因为该RVC摄像头是模拟摄像头，模拟信号与数字信号相比更容易被其他信号干扰造成信号失真。该车载产品在BCI测试过程中的15-27MHz之前的CBCI模式测试出现闪屏和雪花，通过多次测试发现产品在测试过程中产生的问题每次都必现，猜测产品在BCI测试的低频信号干扰严重。

经过后续高频测试，在高频信号频段没有再出现闪屏和雪花的现象，可以将问题定位在低频频段容易被干扰。

图14. 汽车RVC倒车模式，图片源自网络

问题定位和解决

经过上述分析，我们能够定位出问题产生的原因和频段，此时我们掏出EMC三板斧，屏蔽、接地和滤波。

那接下来要具体如何解决呢，输入信号，输出信号，电源，接地任何一点产生问题都可能使产品信号受到干扰而造成闪屏，所以我们使用排除法，看一下具体是哪种原因造成的。

将产品信号分成几类，电源，地，模拟信号，数字信号，通讯等等，将几类信号的线束分别放进注入钳中，看看夹谁的时候失效会复现。然后抓住真凶整改。

首先去掉CVBS摄像头，看产品本身在BCI测试过程中屏幕是否闪屏，结果是产品本身没有问题，那就可以定位到CVBS摄像头的电源、信号和GND可能受到干扰引起的视频信号失真。

因为CVBS摄像头是对手件，我们只能从自身的产品上来解决问题，那么接下来就要选择接地、滤波还是屏蔽。

通过分析电路图发现，CVBS的摄像头的特征阻抗正常为75Ω，因为不知道PCB的走线阻抗是多少，只能尝试从π型RC滤波电路下手，设计低通滤波器在30MHz范围以下，如果将滤波器的频段设计的过低，将影响视频信号的传输。

通过π型RC滤波器计算截止频率，若以现在的电路计算，因为电阻接近0Ω所以截止频率很高，所以将电阻取33Ω，来计算两端的电容大小，将π型RC滤波器转化为一阶RC滤波器，电容并联相加，计算公式如下：

如果截止频率设在30MHz以下，且因为CVBS的特征阻抗是75Ω，所以R1取75Ω。当C3 = 47pF不做变化，所以取大概值C1 = 33pF。

计算出结果后，将C1又10pF更改为33pF后进行测试。

图15. 模拟视频信号整改后的原理图

测试结果

更改完电容后，继续进行1-30MHz频段的CBCI模式的BCI测试，CVBS摄像头模拟信号输出正常，闪屏和雪花的故障消失。BCI测试通过。