因牽涉到人身安全且需確保車輛正常行駛，車用產品的測試條件會比一般消費性產品還要嚴苛許多，大部分採用的EMC測試法規都是車載專用標準，因此汽車電子的驗證幾乎是獨立於其他領域的。本文將集成晶焱科技深耕車用市場的經驗，探討汽車OEM所定義的EOS測試、ISO法規及其採用的EOS解決方案。
ISO 7637道路車輛測試法規
一般消費性產品通常會引用IEC 61000-4-5作為EOS的測試法規，但在車用領域比較少會執行這項測試。因車內環境較為複雜，在進行EOS測試時，需要進一步模擬在汽車上會遇到的實際情況；例如搭配建置人工網路來模擬車內線束的阻抗，以及使用高電流斷路器來實現連接/斷開汽車電源供應系統的使用場景等等，以上測試條件都被定義在ISO 7637 [1]當中。ISO 7637標準全名為：道路車輛-由傳導和耦合引起的電氣干擾，其中ISO 7637-2 [2]是規範僅沿著「電源線」的暫態干擾， ISO 7637-3 [3]則是定義除了電源線以外，其他所有纜線的電容性和電感性耦合產生之暫態干擾。
許多汽車OEM的供應技術規範（Delivery Specification）參考了ISO 7637標準，並對測試參數進行調整以符合集團內車輛需求，而Tier 1則需要遵循OEM訂定之規範來對模組進行測試。目前市占率最高的車輛類別—乘用車，是以12 V電力系統為主，本文章提到的所有測試規格皆以使用12 V系統為前提下所撰寫。
電源線之暫態抗擾度測試
ISO 7637-2定義的5種波形如表一所示，Pulse 1, 2a, 2b, 3a, 3b分別代表車內線路上發生的特定事件、所產生的特定波形。實測時皆是利用測試模組輸出各項波形以模擬真實事件發生的環境，其中Pulse 2b較為彈性，通常是OEM有指定此項目再行測試即可。一般Tier 1會在設計階段就會將測試需求考慮進去，可採用具備ISO 7637規格的保護元件來提升模組抗干擾能力。例如晶焱科技AZ9424-01G單體，經廠內測試（如圖一設備）可通過ISO 7637-2建議之最高等級Level IV，也就是表二記載之Pulse 1, 2a, 3a, 3b電壓值，可保護車載內部供電線路降低在測試期間失效及未來客端發生EOS問題的風險。
圖一、晶焱科技實驗室之ISO 7637-2測試設備
Pulse 1 | 描述 | 實例 | 持續時間 |
| 當部件與電感性負載並聯時，若供電突然成開路狀態，電感性負載兩端電壓會反向施加到部件供電端，出現負向暫態電壓Pulse 1。 | 斷開風扇無刷馬達的電源時，其線圈產生暫態負壓。 | 2 ms | |
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Pulse 2a | 描述 | 實例 | 持續時間 |
| 當並聯的負載斷開，供電處線束中的寄生電感造成電流變化，進而產生一正電壓疊加到供電處。 | 當LED電源關閉，電流變小，線束上的寄生電感產生放電的現象。 | 0.05 ms | |
| |||
Pulse 2b | 描述 | 實例 | 持續時間 |
| 部件與直流馬達並聯。熄火時，直流馬達從原本的電動機角色等效成了發電機，產生了一個正向的電壓施加到供電處。 | 當幫浦正在運轉時，將電源移除，在電源移除後馬達因慣性繼續轉動所產生的暫態。 | 0.2 s ~2 s | |
| |||
Pulse 3a/3b | 描述 | 實例 | 持續時間 |
| 機械開關斷開後，因切換過程產生電弧，所引起的高速週期性暫態。 | 切斷點火開關，部件的電源出現跳火情形。 | 150 ns ± 45 ns | |
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ISO 7637-2 | Level IV | Level III | Level I/ II | Number of Pulses or Test Time |
Pulse 1 | -150 V | -112 V | -75 V | 500 Pulses |
Pulse 2a | +112 V | +55 V | +37 V | 500 Pulses |
Pulse 2b (Optional) | +10 V | +10 V | +10 V | 10 Pulses |
Pulse 3a, 3b | -220 V, +150 V | -165 V, +112 V | -112 V, 75 V | 1 hour |
CAN bus暫態抗擾度的測試方法
車用匯流排包含CAN（Controller Area Network）、LIN（Local Interconnect Network）以及FlexRay等等，其中，CAN是目前為止最被廣泛使用的車用通訊介面。因CAN bus應歸類於訊號纜線，如前文之定義，需參考ISO 7637-3進行測試。
由表一闡述之場景實例可得知，ISO 7637-2所定義的五種Pulse是直接在電源供應線上所發生的事件，因此會將對應的干擾波型直接注入電源線來實施測試；但針對訊號線，則是透過耦合方式來造成間接的干擾。ISO 7637-3中記載了電容性耦合夾箝（Capacitive Coupling Clamp, CCC）、直接電容耦合（Direct Capacitive Coupling, DCC）和電感性耦合夾箝（Inductive Coupling Clamp, ICC）等三種將Pulse耦合到訊號中的測試方法。而其中所定義的Fast a和Fast b波形其實就是參照ISO 7637-2的Pulse 3a與3b波形，只是實施訊號線的暫態抗擾度測試時還需要選擇上述三種方法進行耦合。
晶焱科技提供雙通道的保護元件AZ9424-02S，可應用在CAN匯流排的differential訊號上。除了高效的ESD防護能力外，其同時具有暫態抗干擾能力。表四的參數表顯示AZ9424-02S在第三方實驗室的ISO 7637單體實驗結果，在DCC方法下可通過Pulse 3a與3b（Fastａ/ Fast b）達±200 V，遠高於ISO 7637-3的最高測試等級（表五之Level IV）。
為使車用模組順利通過CAN匯流排之ISO 7637系統測試，設計者除需特別評估保護元件規格外，CAN收發器本身的暫態抗擾度當然也需納入考量。CAN收發器的ISO 7637測試同時被收錄於IEC 62228-3 [4]當中，此文件也是許多汽車OEM在評估CAN收發器時，指定必須通過的電磁相容性標準。晶焱科技CAN收發器全系列產品皆通過IEC 62228-3所記載暫態抗擾度的最大測試電壓值（表三），其中車規系列收發器產品也皆通過德國第三方實驗室之認證。
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Test Pulse |
Voltage Level |
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1 |
-100 V |
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2a |
+75 V |
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3a |
-150V |
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3b |
+100 V |
除了CAN bus外，晶焱科技也有提供針對其他車用匯流排的解決方案。FlexRay和CAN同樣為differential訊號，故可共用雙通道的AZ9424-02S作為ISO 7637的保護方案。LIN則僅利用single-end進行訊號傳輸，建議使用單通道的AZ9824-01L會較為合適，詳細參數請見表四。
| P/N |
Vrwm |
Package |
ISO 7637-2 Pulse 3a, 3b (DCC) |
Cap. |
ISO 10605 ESD (330 Ω/ 150 pF) |
ESD Clamping Voltage (at TLP 16 A) |
Applications |
| AZ9424-02S |
±24 V |
SOT23-3L |
±200 V |
38 pF |
±25 kV |
±31 V |
Classical CAN |
| AZ9824-01L |
+24 V, -15 V |
SOD-323 |
±600 V |
55 pF |
±30 kV |
+21 V, -31 V |
Classical CAN, LIN bus |
表四、車用匯流排解決方案：AZ9424-02S及AZ9824-01L參數表
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ISO 7637-3 |
Level IV |
Level III |
Level II |
Level I |
Test Time |
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Fast a |
-60 V |
-40 V |
-20 V |
-10 V |
10 min |
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Fast b |
+40 V |
+30 V |
+20 V |
+10 V |
10 min |
結語
車用EOS測試種類繁多，本文列舉ISO 7637中，針對12 V電力系統的電氣干擾測試，若待測模組是供給商用車或其他24 V電力系統，請查閱ISO 7637-2記載之測試規範或與晶焱科技聯繫討論。另外，OEM也會評估自身需求，將ISO 7637修改成自家車廠的規範，例如某汽車集團就額外加入了48 V電力系統之測試方法，以滿足旗下輕油電車款48 V模組的測試、新增除了表一以外的其他波形，及不同於ISO 7637所建議的測試電壓值。建議模組廠在設計階段便考量OEM的測試要求，與元件供應商討論欲採用元件的ISO 7637規格，確保其具備合規的抗干擾能力，以避免後續來回驗證、曠日費時的情況。
參考文獻
[1] ISO 7637 Road vehicles -- Electrical disturbances from conduction and coupling Third edition 2011-03
[2] ISO 7637-2 Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only 2016-07
[3] ISO 7637-3 Part 3: Electrical transient transmission by capacitive and inductive coupling via lines other than supply lines Second edition 2007-07
[4] BS EN IEC 62228‑3:2019 Integrated circuits - EMC evaluation of transceivers Part 3: CAN transceivers Chapter 6.3 Immunity to impulses