上面说
电磁兼容性(EMC)是液晶电视设计中不可避免的重要技术。 如果EMC设计不好,会在电视播放过程中造成水波纹和频闪技术,严重时会导致收看困难。
EMC设计实际上是针对产品中形成的电磁干扰进行优化设计,使其符合各个国家或地区的EMC标准。 它的定义是:设备或系统在其电磁环境中正常工作而不对该环境中的任何事物造成不可接受的电磁干扰( )的能力。
电磁干扰通常分为传导干扰和辐射干扰两种。 传导干扰是指一个电网上的信号通过导电介质耦合(干扰)到另一个电网。 辐射干扰是指干扰源的信号通过空间耦合(干扰)到另一个电路。
液晶电视的结构主要包括: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板)和键盘模块。 通常,液晶显示模块在生产前已经由制造商完成了EMC测试。 这里主要讲解电源模块、驱动模块、按键模块、整机设计时应注意的电磁干扰技术。
1 电源模块EMC设计
电源的两个主要作用是驱动液晶屏的背光和为其他模块(包括驱动模块和键盘模块)提供直流电源。
电源模块的设计好坏直接影响到整个系统。 如果设计不好,会导致电视机出现较大的水波纹,严重时会导致电视机无法使用。 同时,会严重干扰附近其他设备的正常使用。
液晶电视的电源部分采用开关电源。 开关电源引起电磁干扰的原因技术很复杂。 设计开关电源时,要避免开关电源对电网及附近电子设备的干扰; 还需要加强开关电源本身对电磁干扰环境的适应能力。
对于开关电源的EMC技术,在设计中应采用以下主要方法:
①软开关技术:开关元件在导通/关断时会形成浪涌电压和尖峰电流,是引起开关管电磁干扰和开关损耗的主要原因。 软开关技术是降低开关元件损耗、提高开关元件EMC特性的重要途径。 该技术主要是使开关电源中的开关管在零电流、零电压下进行开关转换,从而有效抑制电磁干扰。
②调制频率控制:电磁干扰随开关频率变化,干扰能量集中在离散的开关频率点,抗干扰强度高。 通过将开关信号的能量调制分布在较宽的频带上,形成一系列离散的边带,从而扩大干扰频谱,干扰能量分布在离散的频带上,从而降低电磁硬度在开关频率点的干扰。
③ 元器件布局布线:将与电源输入信号和输出信号相关的元器件放置在相应端口附近,防止耦合路径产生干扰。 将相互关联的元件放在一起,防止走线过长造成干扰。
另外,尽量避免信号线平行走线。 如果无法避免,尽量加强线宽。 或者在中间加一条相线,减少相互干扰。
2 主驱动板EMC设计
液晶电视主驱动板主要包括:模拟信号部分、高速数字电路部分、噪声源DC-DC电源部分。
元器件布局布线:在布局方面,模拟信号部分、高速数字电路部分、噪声源DC-DC电源部分要合理分开,尽量减少它们之间的信号耦合。 在元器件布局方面,还是要遵循相互关联的元器件尽量靠近的原则,这样才能获得更好的抗噪效果。
DC-DC供电部分和地:在彩印电路板上,电源线和相线是最重要的。 让模拟电路和数字电路分别有自己的电源和相线路径。 要克服电磁干扰,最重要的手段就是接地。
在液晶电视的驱动板上,主要是将电源的地(DC-DC)与解码、主芯片处理等其他部分的地分开,以减少电源对图像的干扰显示和电视声音。
如果在设计电路时有模拟地和数字地,在印制板上布地时要分开。 以减少相互干扰。 在使用单层板和多层PCB的布局中,其中一个铜带通常也用作专用地平面。 这样做的目的是该接地充当屏蔽。
集成芯片:在同一个集成芯片中,模拟地和数字地也是分开铺设的。 例如,AD公司的模数转换芯片常用于液晶电视的主驱动板。 在设计印制电路板时,我们可以将芯片模拟部分的地和数字部分的地分开。 最后,将这两个地方通过比较短的电线连接到一个点上。 或者通过一个 1nF 的旁路电容连接两个地。
晶振:数字电路中的时钟电路是目前电子产品中电磁干扰的主要来源之一,是EMC设计的主要内容。 晶体振荡器是强辐射发射源。 晶振内部电路形成很大的射频电压,使得晶振的地线不能将比较大的Ldi/dt电压以很小的损耗完全引到地平面。 结果充电器泄露电流过大的原因,金属外壳变成了单极天线。 晶体振荡器的外围是辐射场。
因此,晶振电路应尽量远离插座电路,如并口、地址线、数据线等,以防止插座电路将晶振的纹波信号带出印制板。板造成电磁干扰。 晶体振荡器的两个引脚都需要配备 RC 混频电路。 同时,晶振的金属外壳必须在印制板上接地。 此外,晶振与芯片的管脚要尽量靠近,时钟区要与相线隔离,并放置一个局部地平面,通过多个盲孔与相线相连。
电容去耦:电容去耦用于增加电磁干扰。 电容去耦可分为整体式、局部式和板间式三种。
整体去耦电容工作在低频,为整个电路板提供稳定的电流和电压。 应靠近印刷电路板的电源线和相线放置。 典型的去耦电容值为 0.1µF。 该电容器的分布电感的典型值为 5 μH。 0.1μF去耦电容分布电感为5μH,其并联谐振频率约为7MHz。 也就是说,它对10MHz以下的噪声有很好的去耦效果,对几十MHz以上的噪声几乎无效。 影响。 因此,对于20MHz以上的噪声,使用0.01μF的电容去耦。
本地去耦电容使集成电路获得的电源电流相对稳定; 此外,它还旁路了组件的高频噪声。
板间去耦电容是指电源平面与地平面之间的电容,主要解决电源中形成的高频瞬变电压。 电源输入端跨接一个10-100uF的电解电容。 如果印制电路板位置允许,使用100uF以上的电解电容抗干扰效果会更好。 去耦电容的引出线不宜过长,一般靠近集成电路电源背面,线材宜粗一些。
混磁:显卡上所有信号输入口(如YPBPR插座、VGA插座)都必须加磁珠混。 磁珠旨在抑制信号线和电源线上的高频噪声和尖峰干扰,同时还具有吸收静态脉冲的能力。 起高频内阻作用充电器泄露电流过大的原因,对高频有衰减作用。 该装置允许直流信号通过,同时过滤交流信号。
购买磁珠时,必须注意以下诱因:
1、无用信号的频率范围是多少;
2.噪音源是谁?
3、需要多少降噪;
4、环境条件如何(体温、直流电流、结构硬度);
5、电路和负载阻抗是多少;
6、PCB上是否有放置磁珠的空间。
前三项可通过观察厂家提供的阻抗频率曲线来判断。 阻抗曲线中有3条曲线非常重要,即内阻R、感抗X和总感抗Z。如图1所示:
图1:反映磁珠内阻、感抗和总感抗的阻抗曲线和等效电路拓扑。
总阻抗由以下公式(1)描述:
Z=(R+2πFL)
使用此曲线,购买在需要噪声衰减的频率范围内具有最大阻抗的铁氧体磁珠,同时在低频和直流时尽可能少地衰减信号。 片式磁珠的阻抗特性会在过大的直流电流下受到干扰。 此外,如果工作温升较低,或外加磁场过大,都会对磁珠的阻抗产生不利干扰。
使用贴片磁珠还是贴片电感主要取决于应用。 谐振电路需要贴片电感器。 当需要消除不必要的电磁干扰噪声时,使用片式磁珠是最佳选择。
3 调谐板EMC设计
在做调谐板电路设计和PCB板布局时,要特别注意电磁干扰技术,必须考虑以下几点:
1、首先,TUNER部分的地面(即模拟地面)要与其他部分的地面分开铺设。
2. 请务必将TUNER 的金属外壳接地。 更多的连接点可以更好地消除电磁干扰。 调谐器TUNER内部有高频电路,所以一定要做好屏蔽工作。
3、选择插座端子(如AV端子、S-VIDEO端子等)时,尽量选用导电性好、抗电磁干扰强的端子。 同时,还需要将插座端子的地线完全接地。 同时还加入磁珠混频。
4、信号线尽量短而直。 如果不能消除,可以采用飞线过渡。 信号线不得形成环路。 由于环型相当于线圈的电阻,所以环型布线的辐射效果最强。
5、尽量减少大面积死铜,解决方法是将它们接地。 如果有大面积的死铜来制作天线,会引入电磁干扰。
6. 请勿在石英晶体下方或噪声敏感元件下方布线。
音频处理部分应该非常小心。 在印制板的布线布局中,首先要防止高速信号线与音视频线走在一起。 例如:如果I2C总线中的时钟线SCL和数据线SDA的走线离音频线的走线很近。 因为I2C总线中的时钟线SCL和数据线SDA不断变化,对声音有干扰。 显然,例如,当您使用电视遥控器切换电视频道时,如果您能听到音响发出有规律的“咔哒、咔哒”声。 这可能是由于在印制板布局时忽略了里面的技术。
4 整机EMC设计
因为屏幕线主要是屏幕上的数据。 会对系统造成很大的干扰。 减少干扰的最好方法是使用双绞线和屏蔽线。 如果是TTL屏,屏线需要在连接线外加屏蔽网或磁环。 如果是LVDS屏,需要用双绞线同时加磁环。 以减少屏线对整个系统的电磁干扰。 屏蔽双绞线让信号电压在两根内线流动,噪声电压在屏蔽层流动,从而消除公共阻抗的耦合,任何干扰都会同时在两根线上感应,这样噪声就被消除了。
电源和主控板(标号4)的连接处也需要加一个磁环。 主要原因是电源线会对显卡造成比较大的电磁干扰。
键盘板和显卡之间的连接线(标为9)也要加磁环。 主要原因是键盘上有连续的数据转换(遥控接收),对系统造成电磁干扰。 添加磁环可以有效屏蔽电磁干扰。
在连接音响系统的音频线(标注10)上加一个磁环,减少音频输出对系统的电磁干扰。 如果显卡和调谐板之间有排线(标号6、7、8)连接,需要在连接排线上加磁环。 以减少电缆之间的电磁干扰。
以上添加的磁环可根据具体情况添加,可通过反复实验确定。
屏蔽罩的帮助:一般液晶显示模块、主控板(包括数字板和调谐板)和电源部分都需要屏蔽罩。
主芯片的内存速率是产生电磁干扰的主要原因。 显存速率的频率纹波最容易引起电磁干扰。 在EMC实验中,电磁干扰在内存速率的频率纹波中非常大。 在设计时需要对主芯片加入一定的屏蔽技术。 主要的屏蔽方式是在数字板上加一个金属屏蔽罩。 加屏蔽罩是抵抗电磁干扰最有效的方法。 并且由于要考虑到驱动板和整个系统的散热技术,所以在常规屏蔽罩上开孔进行散热。 并且其最大规格必须大于噪声最短波长的1/100。
调谐板上的屏蔽主要是对TUNER部分的屏蔽。
电源的屏蔽尤为重要。 如果电源屏蔽不好,会造成很大的干扰。 这样传导就不会通过。 但是因为电源的热量很强,所以屏蔽罩一定要注意散热的技术。
一般屏蔽罩上都有开口和接缝,会造成电磁泄漏。 这使得屏蔽效果降低。 解决接缝处电磁泄漏的方法是在接缝处使用电磁密封套。 屏蔽罩上开口的电磁泄漏与开口的规格、辐射源的特性以及辐射源到开口的距离有关。 通过设计开孔规格和辐射源到开孔的距离来满足屏蔽规则。