汽車影音系統抗干擾電路設計

羅智慶 德賽西威汽車電子有限公司

?

汽車影音系統抗干擾電路設計

羅智慶 德賽西威汽車電子有限公司

【文章摘要】

【關鍵詞】

影音系統；噪聲；干擾；PCB電路；設計

引言

近幾年，車載影音系統已成為每臺汽車的標配，良好而穩定的汽車影音系統甚至成為了一些消費者的首選內容。作為電子產品，其穩定性、可靠性除了取決于所選的電子元器件和電路的設計之外，還依賴與PCB電路板良好的抗干擾性能。影響汽車影音系統的一個主要因素就是噪聲，包括系統自身所產生的和來自其他系統的干擾。那么如何抑制影音系統噪聲的產生、傳播并且降低系統自身受其它系統的干擾呢？根據電磁兼容性原則，這就首先要從系統的電路的設計階段考慮。

在電子設備中噪聲產生的原因是多方面的，主要可以概括為過高的工作頻率和不合理的PCB電路設計。下面我們主要從電子元器件的選擇與配置，PCB電路基板類型的選擇與布線，接地線的設計與屏蔽，電源的設計等幾個方面來考慮。

1.元器件的選擇與配置

選擇比較合理的電子元器件可以說是對抗影音系統干擾產生的第一步，它也是提高整個電路系統抗干擾能力的基礎。在汽車影音系統的電路中不僅含一些大功率、大電流的元器件，而且也有包含一些微弱信號元器件。因此在進行電子元器件的選擇時，如果能夠針對元件的這些特點來合理篩選，將會得到比較好的效果。

首先應選擇抗干擾能力強的電子元器件。為了抑制干擾信號的傳輸，可以考慮采用非線性電子器件、選擇性濾波器及光電耦合等元件。此外，為了降低影音系統的發熱及能耗，應當盡可能多地選擇功耗較小的電子元器件。

合理的電子元件配置是降低干擾的重要手段，在汽車影音系統的電路設計時，應當注意以下幾點。

（1）不要把ΙC、電感等元器件放置在PCB板的邊緣。因為這些元件容易產生噪聲，若將這些噪音源放置在PCB的邊緣，就會形成噪音輻射，影響系統的性能。

（2）對于一些高速信號，如時鐘線等的配線要盡可能地向最短的方向進行，若配線邊較長的，將會形成噪音放射。

（3）在電路設計中，要在連接器、ΙC 電源等位置添加噪音預防回路。在配置噪音預防回路的各個元件時，應當把回路元件放置在相對應的ΙC、連接器等的同一層并且保證距離最短。

（4）當同一電路基板上有多種模塊，如數字和模擬、高速和低速電路時，應當將各個模塊分開布置，從而避免各個模塊之間的相互干擾。

2.PCB板的選取與布線

電路基板的選取要兼顧尺寸大小和層數這兩個方面。板子的大小要適當并且選擇基板的層數時要充分考慮噪聲的影響。例如，可以將噪聲比較大的元器件的下層設計為GND 層.影音系統中合理的電路設計與布線可以在很大程度上提高系統的抗干擾能力，克服和抑制系統中的干擾。影音系統的PCB抗干擾設計時應當遵循以下幾點。

（1）對于多層板，要盡量使其內層GND的面積最大化。因為增大GND的面積能夠有效降低GND布線的阻抗以減少噪聲的產生。但是若不能在內層進行GND全層面積化，則可以將面積化的布線盡可能地分散開。例如，在電源和GND共存的情況下，必須要保證它們之間的布線間隔至少在0.5mm 以上。對于PCB板為2層的情況，則最好將一層設置為GND，此外，為了強化地線，需將在頂層和底層的地線上配置2～3mm為間隔的過孔［1］。

（2）在晶振周圍，需要用較大面積的GND 線對其進行包圍，并且其周圍的GND線要和與晶振相連的ΙC的GND 線進行連接，并將此中類型的布線和其它配線之間的間隔配置在0.5mm以上。這樣做的目的是為了降低噪聲源發振電路對周圍的影響。

（3）對于ΙC 端子和噪音對策元器件的布線，它們之間的布線不應當有分支或過孔，假如存在了分支或過孔，那么噪聲就可以通過分支或過孔傳到其他配線中，從而導致對策元器件失效。

3.接地與屏蔽設計

對于電子系統，防止干擾和抑制噪聲的另外一種重要的方式是接地。根據接地點數可分為單點接地、多點接地和混合接地三種方式，這三種接地方式選擇的主要依據是系統的工作頻率。對于一些頻率小于1MHz的低頻電路一般選擇單點接地方式；對于頻率大于10MHz的高頻電路則大多選擇多點接地方式；對于頻率大于1MHz且小于10MHz的電路則可以選擇混合接地方式。由于目前在汽車影音系統電路中大部分都是數字電路，其中的高次諧波不容忽略，因此在PCB基板設計時大多采用多點接地或混合接地。

除了上面所說的接地，在汽車影音系統的設計中還有一種重要的防干擾措施：屏蔽，其主要原理是采用切斷干擾傳播的通路的方法來抵制干擾對其它元器件的影響。在進行屏蔽設計時一般遵循以下幾點。

（1）根據不同的場景選擇合適的屏蔽材料。對于高頻電場，應當選擇銅、鋁和鎂等作為屏蔽材料以得到最大的反射效率；對于低頻磁場，屏蔽應用，應當選擇鐵和鎳鐵等磁性材料以獲得最大的吸收效率。

（2）根據不同的電器設備導線有選擇地進行屏蔽。例如，影音系統的音響導線應當選擇屏蔽線以避免干擾其它電子設備；藍牙、GPS天線也需要選擇屏蔽線以防止來自其它電子設備的干擾。

（3）所有從屏蔽空間引出的導線都應當加裝電容器、扼流圈或去干擾濾波器進行高頻閉鎖以保證外殼的屏蔽效能［2］。

4.電源設計

我們知道任何的電子設備都需要電源，但是電源在向系統提供電能的同時，系統中的干擾也會通過電源進入到電路中，從而將噪聲傳到所供電的設備上。因此，在設計汽車影音系統整體的電源電路設計時，應當在電源線中配置型濾波器以濾除30MHz～1.5GHz的噪音。此外，為了將電源線上的噪音去耦，需要在電路中的各個ΙC的電源線上加入噪音對策用濾波器。

5.結束語

本文對汽車影音系統中的干擾進行了分析并對抗干擾電路的設計進行了討論。一般來說，按照以上幾點設計的電路可以消除汽車影音系統中的常見干擾，使系統能夠正常穩定地運行。但是對于一些特殊的、小概率的干擾就需要更為復雜的抗干擾技術，如專門的硬件抗干擾電路。隨著汽車電子設備的不斷發展以及車聯網技術的推動，汽車影音系統正朝著集成化、智能化的方向發展，這些都將推動汽車抗干擾技術的進一步發展。

【參考文獻】

［1］于惠娟.汽車音響中PCB板的EMC設計.中國科技信息.2014-05-15

［2］吳鐘鳴，諸鑫瑞，盧軍鋒.汽車電器電磁干擾及對策探討.金陵科技學院學報.2008-09-30

對汽車影音系統的干擾進行分析，并分別從電子元器件的選擇與配置，PCB電路基板類型的選擇與布線，接地線的設計與屏蔽，電源的設計等幾個方面對抗干擾電路的設計進行討論，給出相應的設計方法。