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液晶电视的电磁兼容EMC设计方案

电磁兼容(EMC)是液晶电视设计中弗成避免的紧张问题。假如EMC设计不好,将会导致电视在播放的历程中呈现水波纹以及频闪等问题,严重时将会导致无法收看。EMC设计实际上便是针对产品中孕育发生的电磁滋扰进行优化设计,使之相符各国或地区的EMC标准。其定义是:设备或系统在其电磁情况中能正常事情且纰谬该情况中任何事物构成不能遭遇的电磁滋扰(EMI)的能力。

电磁滋扰一样平常都分为两种,传导滋扰和辐射滋扰。传导滋扰是指经由过程导电介质把一个电收集上的旌旗灯号耦合(滋扰)到另一个电收集。辐射滋扰是指滋扰源经由过程空间把其旌旗灯号耦合(滋扰)到另一个电收集。

液晶电视布局主要包括:液晶显示模块,电源模块,驱动模块(主要包括主驱动板和调谐器板)以及按键模块。一样平常液晶显示模块由临盆厂商在临盆前已经完成EMC的测试。这里主要先容一下设计电源模块、驱动模块、按键模块,以及整机设计时应留意的电磁滋扰问题。

电源模块EMC设计

电源部分两大年夜主要功能便是实现驱动液晶屏的背光以及为其他模块(包括驱动模块,按键模块)供给直流电源。

电源模块的设计短长直接影响到全部系统,假如设计不好,将会导致电视呈现大年夜的水波纹,严重时将会导致电视不能应用。同时还会严重影响到相近的其他设备的正常应用。

液晶电视的电源部分采纳的都是开关电源开关电源引起电磁滋扰问题的缘故原由是很繁杂的。设计开关电源时,要防止开关电源对电网和相近的电子设备孕育发生滋扰;还要加强开关电源本身对电磁滋扰情况的适应能力。

针对开关电源的EMC问题,在设计时应采纳以下主要步伐:

软开关技巧:开关器件开通/关断时会孕育发生浪涌电流和尖峰电压,这是开关管孕育发生电磁滋扰及开关损耗的主要缘故原由。软开关技巧是减小开关器件损耗和改良开关器件EMC特点的紧张措施。该技巧主如果使开关电源中的开关管在零电压、零电流时进行开关转换从而有效地抑制电磁滋扰。

调制频率节制:电磁滋扰是根据开关频率变更的,滋扰的能量集中在离散的开关频率点上导致滋扰强度大年夜。经由过程将开关旌旗灯号的能量调制散播在一个很宽的频带上,孕育发生一系列离散边频带,这样就将滋扰频谱展开,滋扰能量散播在离散频带上,从而低落开关频率点上的电磁滋扰强度。

元器件结构与走线:将电源输入旌旗灯号和输出旌旗灯号相关联的元器件都放置在响应的端口相近,以避免因耦合路径而孕育发生滋扰。将互相关联的元器件放在一路,避免走线过长带来滋扰。

别的还要只管即便避免旌旗灯号线平行走线。假如无法避免,只管即便加大年夜线间距。或者在中心加一根地线,以削减互相之间的滋扰。

主驱动板EMC设计

液晶电视的主驱动板主要包括:模拟旌旗灯号部分,高速数字电路部分,噪声源DC-DC电源部分。

元器件结构与走线:在结构上,要把模拟旌旗灯号部分,高速数字电路部分,噪声源DC-DC电源部分这三部分合理地分开,使互相间的旌旗灯号耦合为最小。而在器件布设方面,照样服从互相有关的器件只管即便接近的原则,这样可以得到较好的抗噪声效果。

DC-DC电源部分与地:在印刷电路板上,电源线和地线最紧张。让模拟电路和数字电路分手拥有自己的电源和地线通路。降服电磁滋扰,最主要的手段便是接地。

在液晶电视的驱动板上,主要将电源部分(DC-DC)的地和其他如解码和主芯片处置惩罚的部分的地分开,以削减电源地对图像显示和电视伴音的滋扰。

假如在设计电路时存在着模拟地和数字地,在印制板铺地时应该将它们分开。以减低互相滋扰。在应用双层板以及多层板PCB的结构中,一样平常都邑将此中一层铜箔作为专门的接地平面。这样做的目的是该接地充当樊篱层。

集成芯片:在同一集成芯片中,也将模拟地和数字地分开铺地。如液晶电视的主驱动板常常会应用的AD公司的模数转换芯片AD9883,在印制板设计时我们就可以将该芯片模拟部分的地和数字部分的地分开铺地。着末再经由过程一根对照短的导线将两地单点连接起来。或者是将两地经由过程一个1nF的旁路电容连接起来。

晶振:数字电路中的时钟电路是今朝电子产品中主要的电磁滋扰源之一,是EMC设计的主要内容。晶振是一个强辐射发射源。晶振内部电路孕育发生大年夜的RF电流,以至于晶体的地引线不能以很少的损耗充分地将对照大年夜的Ldi/dt电流引到地平面,结果金属外壳变成了单极天线。晶振的周边便是一个辐射场。

故晶振电路只管即便阔别接口电路,如串口、地址线、数据线等。以避免接口电路将晶振的谐波旌旗灯号带出印制板以造成电磁滋扰。晶振的两个脚都要加RC滤波电路。同时必然要将晶振的金属外壳与印制板上的地连接起来。别的,晶振与芯片引脚只管即便接近,用地线把时钟区隔离起来,放置一个局部地平面并且经由过程多个过孔与地线连接。

电容去耦:使用电容去耦来低落电磁滋扰,电容去耦可以分为三种:整体的、局部的和板间的。

整体去耦电容事情在低频状态,为全部电路板供给一个稳定的电压和电流。它应放置在紧靠印制电路板电源线和地线的地方。范例的去耦电容值是0.1μF。这个电容的散播电感的范例值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的散播电感,它的并行共振频率大年夜约在7MHz阁下,也便是说,对付10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对几十MHz以上的噪声险些不起感化。以是对付20MHz以上的噪声,采纳0.01μF的电容去耦。

局部去耦电容使集成电路获得的供电电压对照平稳;别的还旁路掉落该器件的高频噪声。

板间去耦电容是指电源面和接地面之间的电容,主要办理电源中孕育发生的高频瞬变电流。电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,假如印制电路板的位置容许,采纳100uF以上的电解电容器的抗滋扰效果会更好。去耦电容的引线不能过长,一样平常都紧靠在集成电路电源左右,连线要粗一些。

磁珠滤波:在主板上的所有旌旗灯号输入端(如YPBPR接口、VGA接口)都要加入磁珠滤波。磁珠专用于抑制旌旗灯号线、电源线上的高频噪声和尖峰滋扰,还具有接受静电脉冲的能力。它扮演高频电阻的角色,即将高频衰减掉落。该器件容许直流旌旗灯号经由过程,而滤除交流旌旗灯号。

选择磁珠时,必须留意以下几个身分:

1、不必要的旌旗灯号频率范围为若干;

2、噪声源是谁;

3、必要多大年夜的噪声衰减;

4、情况前提是什么(温度,直流电压,布局强度);

5、电路和负载阻抗是若干;

6、是否有空间在PCB板上放置磁珠。

前三条经由过程察看厂家供给的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都异常紧张,即电阻R,感抗X和总感抗Z。如图1所示:

图1:反应磁珠电阻、感抗和总感抗的阻抗曲线及等效电路拓扑。

总阻抗经由过程下面的公式⑴来描述:

Z=(R + 2πFL)

经由过程这一曲线,选择在期望衰减噪声的频率范围内具有最大年夜阻抗而在低频和直流下旌旗灯号衰减只管即便小的磁珠。

片式磁珠在过大年夜的直流电压下,阻抗特点会受到影响,别的,假如事情温升过高,或者外部磁场过大年夜,磁珠的阻抗都邑受到晦气的影响。

应用片式磁珠照样片式电感主要还在于利用。在谐振电路中必要应用片式电感。而必要打消不必要的电磁滋扰噪声时,应用片式磁珠是最佳的选择。

调谐器板EMC设计

调谐器板主要包括:调谐器部分、音频处置惩罚部分。

在进行调谐器板部分的电路设计和PCB板布板时,尤其要留意电磁滋扰的问题,必须斟酌下面几点:

1. 首先要将TUNER部分的地(即模拟地)与其他部分的地分开铺地。

2. 必然要将TUNER的金属外壳与地连接起来,连接点多一些能更好地打消电磁滋扰。调谐器TUNER内部原先就存在高频电路,故要做好樊篱事情。

3. 在选用接口端子(如AV端子、S-VIDEO端子等)时,只管即便选用传导性好、抗电磁滋扰性强的端子,同时也必要将接口端子的所用地与大年夜地完备连接起来。同时也加磁珠滤波。

4. 旌旗灯号线只管即便短而直,假如无法避免,可采取飞线过渡。旌旗灯号线切忌形成环形。由于环形相称于线圈的匝数,环形布线的辐射效应最强。

5. 只管即便削减大年夜面积的逝世铜,办理法子是可以将它们与地连接在一路。如有大年夜面积的逝世铜形整天线,则会引入电磁滋扰。

6. 石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。

音频处置惩罚部分要分外留意在印制板的走线结构中,首先应避免将高速旌旗灯号线和音、视频线走在一路。例如:假如将I2C总线中的时钟线SCL和数据线SDA的走线和音频线的走线靠得很近。因为I2C总线中的时钟线SCL和数据线SDA在不绝地变更,从而滋扰到声音。很显着地如,在你应用电视遥控器转换电视频道时,假如能听到扬声器发出有规律的“咯哒、咯哒”声。这可能便是由于在印制板布板时漠视了上面的问题。

整机EMC设计

整机机内的装置图(以此中的一种型号为例)如图2所示:

图2:反应各个EMI关注点的某型号整机机内装置图。

在上图中标号为5的连接线为数字板连接屏的屏线。因为屏线主如果上屏的数据等。会对系统造成很大年夜的滋扰。减小滋扰最好法子是应用双绞线和樊篱线。假如是TTL屏,屏线必要在连接线的外貌加樊篱网罩或者是磁环。假如LVDS屏,则必要应用双绞线,同时再加上磁环。以削减屏线对全部系统的电磁滋扰。带樊篱的双绞线,可以旌旗灯号电流在两根内导线上流动,噪声电流在樊篱层里流动,是以打消了公共阻抗的耦合,而任何滋扰将同时感应到两根导线上,使噪声相消。

在电源和主节制板之间的连线(标号为4)上也必要加一个磁环。主如果由于电源线对主板会孕育发生对照大年夜的电磁滋扰。

在按键板跟主板的连接线(标号为9)上也应该加上一个磁环。主要缘故原由是按键板上赓续稀有据变换(遥控接管头)而导致对系统孕育发生电磁滋扰。加磁环可以有效地樊篱电磁滋扰。

在跟扬声器连接的音频线(标号为10)上加上磁环,以削减音频输出对系统的电磁滋扰。假如主板和调谐器板之间有排线(标号6、7、8)连接,则必要在连接线上加磁环。以削减排线间的电磁滋扰。

以上所加的磁环可以根据详细的环境来加,可以经由过程反复的实验来确定。

樊篱罩的使用:平日,液晶显示模块、主节制板(包括数字板和调谐器板)和电源部分都必要樊篱罩。

主芯片的主频率是孕育发生电磁滋扰的主要缘故原由。主频率的频率谐波,最轻易孕育发生电磁滋扰。在做EMC的实验中,主频率的频率谐波的地方电磁滋扰都很大年夜。在设计时要对主芯片加必然的樊篱步伐。主要的樊篱步伐在数字板上加金属樊篱罩。加樊篱罩是最有效的抗电磁滋扰的道路。然则由于要斟酌到驱动板和全部系统的散热问题,要求樊篱罩上开孔散热。然则其最大年夜尺寸必须小于噪声最短波长的1/100。

调谐器板上的樊篱主如果对TUNER部分的樊篱。

电源部分的樊篱尤其紧张,假如电源部分的樊篱不好,则会造成大年夜的滋扰。这样传导就过不了。并且因为电源的发烧很厉害,以是该樊篱罩必然要留意到散热的问题。

平日樊篱罩上都有开口和接缝,他们会造成电磁泄露。从而使樊篱效果不佳。办理接缝处电磁泄露的措施是在接缝处应用电磁密封衬垫。樊篱罩上开口的电磁泄露与该开口的尺寸、辐射源的特点和辐射源到开口的间隔有关。经由过程设计开口尺寸和辐射源到开口的间隔来满意樊篱的要求。

滥觞:电子工程网

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