【经验】中科微导航芯片AT6558D-5N-7X的车载音响娱乐系统RI抗扰性能优化方案
随着电子技术的不断发展，汽车电子由最初基础的功能性应用逐渐向高级交互式应用发展，汽车电子化的趋势越来越明显，无论高中低端车型，越来越多的车型配有导航（GPS/BDS/GLONASS）、BT/WIFI以及大屏，笔者做的一款采用了中科微导航芯片AT6558D-5N-7X的车载音响娱乐系统，在进行RI (Radiate Immunity) 抗扰性测试过程中发现芯片的SR（卫星定位信号质量）值下降，通过问题分析和设计优化后，最后解决了问题，通过了客户的认可测试。
导航模式RI测试的干扰波形
这款车载音响娱乐系统对应客户的法规中，规定的RI干扰波形如表1所示：
表1 RI测试干扰波形
问题描述
RI 测试是衡量被测试品抗空间电磁波干扰的能力，通用RI测试分为1G以上和1G以下两个频段。由于GPS的工作频率为1.575G, 北斗的工作频率为1.561G，正好落在RI测试1G-2G频段内。客户要求在RI 70V/m的干扰下，GPS和北斗卫星信号的SR值下降不能超过2dB。但是在测试中发现在1.536-1.602G频段GPS和北斗在背对天线时无法达到测试计划要求。可以看出背面性能是最差的，这是由于背面有很多开孔连接器以及装配缝隙，如图1-1所示。一般可以认为，屏蔽机箱在低频的屏蔽效能主要取决于制造屏蔽体的材料，在高频的屏蔽效能主要取决于机箱上的孔洞和缝隙。这是因为当频率超过100MHz时一般金属材料的趋肤深度都到了um级。当电磁波入射到屏蔽体上时，会在屏蔽体上感应电流。如果屏蔽体上有导电不连续的点，例如一个孔洞，就会在孔洞上形成一个电压，于是就构成了一个电偶极天线，当缝隙的长度达到L/2时，其辐射效率最高（与缝隙的宽度无关），也就是说，它可以将激励缝隙的全部能量辐射出去，如图1所示。
在远场区，如果孔洞的最大尺寸小于λ/2,一个厚度为0的材料上缝隙的屏蔽效能为
L为孔洞长度（mm）;H为孔洞宽度；f为入射电磁波的频率（MHz）。
GPS 测试结果与北斗类似，北斗在最靠近工作频率的两点丢失定位信息，GPS只有1点。北斗在1G以上频段内RI测试结果如表2所示。
图1 孔缝的电磁泄漏
表2 北斗RI测试结果
GPS在1.81G CW波形会出现SR值不稳定现象，很大概率下会降低超过2dB现象。而北斗没有此问题。这是由于北斗信号在芯片内部有两次降频，而GPS只有一次，因此GPS信号抗干扰能力相对不稳定。
导航 RI失效问题分析
发现问题后，我们先后从一下几个方面进行探索，试图找出干扰信号的耦合路径：
A: 首先在导航芯片AT6558D-5N-7X周围添加物理屏蔽罩，一般在线路板底面设置一块完整的铜箔或地线面，作为屏蔽盒的一个面，屏蔽盒为一个五面体，扣在这个面上，构成屏蔽体。五面体与地线面的接触点越多越好，间隔要小于屏蔽电磁波波长的1/20。但由于PCB空间限制无法做到屏蔽体四边接地，只能三边接地，如图2。通过多次实验发现此屏蔽罩对导航模块RI性能无明显作用。分析此项措施无效原因有二，一是屏蔽罩接地效果不好，二是干扰不是通过空间耦合而是线缆耦合。
图2 导航模块物理屏蔽罩及其焊盘
B:调查导航模块前端声表面射频滤波器的插入损耗特性，如图3所示。由图3可知：（1）在GPS频段，插入损耗较低；（2）1.8G左右插入损耗特性未明确指出。因此怀疑是滤波器在1.81G插入损耗太低，导致实验结果不满足要求。为了验证此猜想，用网络分析仪对滤波器的S参数进行测量，结果如图4所示。由测量结果可知：滤波器在1.81G仍有45dB的插入损耗。滤波器性能满足要求，1.81G干扰耦合路径不是线缆，而是空间耦合。
图3 导航模块射频滤波器传递函数
图4 导航模块滤波器S参数
C: 将机器外壳的缝隙和孔都用铜箔堵上，防止电磁波从缝隙进入主板。发现对GPS频段内的干扰并没有明显改善，但是对GPS 1.81G有明显改善，SR值下降仅1dB。因此GPS在1.536-1.602G频段内干扰是通过线缆耦合，同时再次验证了1.81G的干扰是通过空间耦合的。
D:用铜箔将GPS芯片包住，并刮开PCB地，包住铜箔良好接地。验证后发现1.81G失效现象消失。
由以上试验结果可知1.81G干扰频率确实是通过空间缝隙耦合到导航芯片，而1.535-1.602G是通过GPS信号链路进入芯片。
问题结论及对策
由于导航模块前端滤波器无法滤除GPS频段内干扰（否则会将同样频段的有用信号也滤掉），我们向客户做了具体说明，并提供了分析报告，客户最终接收了GPS频段内干扰失效现象。1.81G干扰则在添加物理屏蔽罩后测试顺利通过。
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