麵向液晶電視的電磁兼容設計技術綜述
發布時間:2011-12-16
中心議題:
相關閱讀:
電視係統中電磁兼容元器件的選擇方法
http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80012367
LCD電視背光驅動電路設計方案
http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80012297
液晶電視亮度感應自動控製的設計
http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80013138
電磁兼容(EMC)是液晶電視設計中不可避免的重要問題。如果EMC設計不好,將會導致電視在播放的過程中出現水波紋以及頻閃等問題,嚴重時將會導致無法收看。EMC設計實際上就是針對產品中產生的電磁幹擾進行優化設計,使之符合各國或地區的EMC標準。其定義是:設備或係統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁幹擾(EMI)的能力。
電磁幹擾一般都分為兩種,傳導幹擾和輻射幹擾。傳導幹擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。輻射幹擾是指幹擾源通過空間把其信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。
液晶電視結構主要包括:液晶顯示模塊,電源模塊,驅動模塊(主要包括主驅動板和調諧器板)以及按鍵模塊。一般液晶顯示模塊由生產廠商在生產前已經完成EMC的測試。這裏主要介紹一下設計電源模塊、驅動模塊、按鍵模塊,以及整機設計時應注意的電磁幹擾問題。
電源模塊EMC設計
電源部分兩大主要功能就是實現驅動液晶屏的背光以及為其他模塊(包括驅動模塊,按鍵模塊)提供直流電源。
電dian源yuan模mo塊kuai的de設she計ji好hao壞huai直zhi接jie影ying響xiang到dao整zheng個ge係xi統tong,如ru果guo設she計ji不bu好hao,將jiang會hui導dao致zhi電dian視shi出chu現xian大da的de水shui波bo紋wen,嚴yan重zhong時shi將jiang會hui導dao致zhi電dian視shi不bu能neng使shi用yong。同tong時shi還hai會hui嚴yan重zhong影ying響xiang到dao附fu近jin的de其qi他ta設she備bei的de正zheng常chang使shi用yong。
液ye晶jing電dian視shi的de電dian源yuan部bu分fen采cai用yong的de都dou是shi開kai關guan電dian源yuan。開kai關guan電dian源yuan引yin起qi電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti的de原yuan因yin是shi很hen複fu雜za的de。設she計ji開kai關guan電dian源yuan時shi,要yao防fang止zhi開kai關guan電dian源yuan對dui電dian網wang和he附fu近jin的de電dian子zi設she備bei產chan生sheng幹gan擾rao;還要加強開關電源本身對電磁幹擾環境的適應能力。
針對開關電源的EMC問題,在設計時應采用以下主要措施:
軟開關技術:開關器件開通/關斷時會產生浪湧電流和尖峰電壓,這是開關管產生電磁幹擾及開關損耗的主要原因。軟開關技術是減小開關器件損耗和改善開關器件EMC特性的重要方法。該技術主要是使開關電源中的開關管在零電壓、零電流時進行開關轉換從而有效地抑製電磁幹擾。
調製頻率控製:電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)是(shi)根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)的(de),幹(gan)擾(rao)的(de)能(neng)量(liang)集(ji)中(zhong)在(zai)離(li)散(san)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)點(dian)上(shang)導(dao)致(zhi)幹(gan)擾(rao)強(qiang)度(du)大(da)。通(tong)過(guo)將(jiang)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)的(de)能(neng)量(liang)調(tiao)製(zhi)分(fen)布(bu)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)帶(dai)上(shang),產(chan)生(sheng)一(yi)係(xi)列(lie)離(li)散(san)邊(bian)頻(pin)帶(dai),這(zhe)樣(yang)就(jiu)將(jiang)幹(gan)擾(rao)頻(pin)譜(pu)展(zhan)開(kai),幹(gan)擾(rao)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)在(zai)離(li)散(san)頻(pin)帶(dai)上(shang),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)點(dian)上(shang)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)強(qiang)度(du)。
元器件布局與走線:將(jiang)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)相(xiang)關(guan)聯(lian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)都(dou)放(fang)置(zhi)在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)端(duan)口(kou)附(fu)近(jin),以(yi)避(bi)免(mian)因(yin)耦(ou)合(he)路(lu)徑(jing)而(er)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。將(jiang)相(xiang)互(hu)關(guan)聯(lian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)在(zai)一(yi)起(qi),避(bi)免(mian)走(zou)線(xian)過(guo)長(chang)帶(dai)來(lai)幹(gan)擾(rao)。
另外還要盡量避免信號線平行走線。如果無法避免,盡量加大線間距。或者在中間加一根地線,以減少相互之間的幹擾。
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主驅動板EMC設計
液晶電視的主驅動板主要包括:模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源DC-DC電源部分。
元器件布局與走線:在布局上,要把模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源DC-DC電dian源yuan部bu分fen這zhe三san部bu分fen合he理li地di分fen開kai,使shi相xiang互hu間jian的de信xin號hao耦ou合he為wei最zui小xiao。而er在zai器qi件jian布bu設she方fang麵mian,還hai是shi遵zun從cong相xiang互hu有you關guan的de器qi件jian盡jin量liang靠kao近jin的de原yuan則ze,這zhe樣yang可ke以yi獲huo得de較jiao好hao的de抗kang噪zao聲sheng效xiao果guo。
DC-DC電源部分與地:在zai印yin刷shua電dian路lu板ban上shang,電dian源yuan線xian和he地di線xian最zui重zhong要yao。讓rang模mo擬ni電dian路lu和he數shu字zi電dian路lu分fen別bie擁yong有you自zi己ji的de電dian源yuan和he地di線xian通tong路lu。克ke服fu電dian磁ci幹gan擾rao,最zui主zhu要yao的de手shou段duan就jiu是shi接jie地di。
在液晶電視的驅動板上,主要將電源部分(DC-DC)的地和其他如解碼和主芯片處理的部分的地分開,以減少電源地對圖像顯示和電視伴音的幹擾。
如果在設計電路時存在著模擬地和數字地,在印製板鋪地時應該將它們分開。以減低相互幹擾。在使用雙層板以及多層板PCB的布局中,一般都會將其中一層銅箔作為專門的接地平麵。這樣做的目的是該接地充當屏蔽層。
集成芯片:在同一集成芯片中,也將模擬地和數字地分開鋪地。如液晶電視的主驅動板經常會使用的AD公司的模數轉換芯片AD9883,在zai印yin製zhi板ban設she計ji時shi我wo們men就jiu可ke以yi將jiang該gai芯xin片pian模mo擬ni部bu分fen的de地di和he數shu字zi部bu分fen的de地di分fen開kai鋪pu地di。最zui後hou再zai通tong過guo一yi根gen比bi較jiao短duan的de導dao線xian將jiang兩liang地di單dan點dian連lian接jie起qi來lai。或huo者zhe是shi將jiang兩liang地di通tong過guo一yi個ge1nF的旁路電容連接起來。
晶振:數字電路中的時鍾電路是目前電子產品中主要的電磁幹擾源之一,是EMC設計的主要內容。晶振是一個強輻射發射源。晶振內部電路產生大的RF電流,以至於晶體的地引線不能以很少的損耗充分地將比較大的Ldi/dt電流引到地平麵,結果金屬外殼變成了單極天線。晶振的周邊就是一個輻射場。
故晶振電路盡量遠離接口電路,如串口、地址線、數據線等。以避免接口電路將晶振的諧波信號帶出印製板以造成電磁幹擾。晶振的兩個腳都要加RC濾波電路.同時一定要將晶振的金屬外殼與印製板上的地連接起來。另外,晶振與芯片引腳盡量靠近,用地線把時鍾區隔離起來,放置一個局部地平麵並且通過多個過孔與地線連接。
電容去耦:利用電容去耦來降低電磁幹擾,電容去耦可以分為三種:整體的、局部的和板間的。
zhengtiquoudianronggongzuozaidipinzhuangtai,weizhenggedianlubantigongyigewendingdedianyahedianliu。tayingfangzhizaijinkaoyinzhidianlubandianyuanxianhedixiandedifang。dianxingdequoudianrongzhishi0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對幾十MHz以上的噪聲幾乎不起作用。所以對於20MHz以上的噪聲,采用0.01μF的電容去耦。
- 麵向液晶電視的電磁兼容設計技術綜述
- 電源模塊EMC設計
- 主驅動板EMC設計
- 軟開關技術
- 調製頻率控製
- 元器件布局與走線
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電磁兼容(EMC)是液晶電視設計中不可避免的重要問題。如果EMC設計不好,將會導致電視在播放的過程中出現水波紋以及頻閃等問題,嚴重時將會導致無法收看。EMC設計實際上就是針對產品中產生的電磁幹擾進行優化設計,使之符合各國或地區的EMC標準。其定義是:設備或係統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁幹擾(EMI)的能力。
電磁幹擾一般都分為兩種,傳導幹擾和輻射幹擾。傳導幹擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。輻射幹擾是指幹擾源通過空間把其信號耦合(幹擾)到另一個電網絡。
液晶電視結構主要包括:液晶顯示模塊,電源模塊,驅動模塊(主要包括主驅動板和調諧器板)以及按鍵模塊。一般液晶顯示模塊由生產廠商在生產前已經完成EMC的測試。這裏主要介紹一下設計電源模塊、驅動模塊、按鍵模塊,以及整機設計時應注意的電磁幹擾問題。
電源模塊EMC設計
電源部分兩大主要功能就是實現驅動液晶屏的背光以及為其他模塊(包括驅動模塊,按鍵模塊)提供直流電源。
電dian源yuan模mo塊kuai的de設she計ji好hao壞huai直zhi接jie影ying響xiang到dao整zheng個ge係xi統tong,如ru果guo設she計ji不bu好hao,將jiang會hui導dao致zhi電dian視shi出chu現xian大da的de水shui波bo紋wen,嚴yan重zhong時shi將jiang會hui導dao致zhi電dian視shi不bu能neng使shi用yong。同tong時shi還hai會hui嚴yan重zhong影ying響xiang到dao附fu近jin的de其qi他ta設she備bei的de正zheng常chang使shi用yong。
液ye晶jing電dian視shi的de電dian源yuan部bu分fen采cai用yong的de都dou是shi開kai關guan電dian源yuan。開kai關guan電dian源yuan引yin起qi電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti的de原yuan因yin是shi很hen複fu雜za的de。設she計ji開kai關guan電dian源yuan時shi,要yao防fang止zhi開kai關guan電dian源yuan對dui電dian網wang和he附fu近jin的de電dian子zi設she備bei產chan生sheng幹gan擾rao;還要加強開關電源本身對電磁幹擾環境的適應能力。
針對開關電源的EMC問題,在設計時應采用以下主要措施:
軟開關技術:開關器件開通/關斷時會產生浪湧電流和尖峰電壓,這是開關管產生電磁幹擾及開關損耗的主要原因。軟開關技術是減小開關器件損耗和改善開關器件EMC特性的重要方法。該技術主要是使開關電源中的開關管在零電壓、零電流時進行開關轉換從而有效地抑製電磁幹擾。
調製頻率控製:電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)是(shi)根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)的(de),幹(gan)擾(rao)的(de)能(neng)量(liang)集(ji)中(zhong)在(zai)離(li)散(san)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)點(dian)上(shang)導(dao)致(zhi)幹(gan)擾(rao)強(qiang)度(du)大(da)。通(tong)過(guo)將(jiang)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)的(de)能(neng)量(liang)調(tiao)製(zhi)分(fen)布(bu)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)帶(dai)上(shang),產(chan)生(sheng)一(yi)係(xi)列(lie)離(li)散(san)邊(bian)頻(pin)帶(dai),這(zhe)樣(yang)就(jiu)將(jiang)幹(gan)擾(rao)頻(pin)譜(pu)展(zhan)開(kai),幹(gan)擾(rao)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)在(zai)離(li)散(san)頻(pin)帶(dai)上(shang),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)點(dian)上(shang)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)強(qiang)度(du)。
元器件布局與走線:將(jiang)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)相(xiang)關(guan)聯(lian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)都(dou)放(fang)置(zhi)在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)端(duan)口(kou)附(fu)近(jin),以(yi)避(bi)免(mian)因(yin)耦(ou)合(he)路(lu)徑(jing)而(er)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。將(jiang)相(xiang)互(hu)關(guan)聯(lian)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)放(fang)在(zai)一(yi)起(qi),避(bi)免(mian)走(zou)線(xian)過(guo)長(chang)帶(dai)來(lai)幹(gan)擾(rao)。
另外還要盡量避免信號線平行走線。如果無法避免,盡量加大線間距。或者在中間加一根地線,以減少相互之間的幹擾。
[page]
主驅動板EMC設計
液晶電視的主驅動板主要包括:模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源DC-DC電源部分。
元器件布局與走線:在布局上,要把模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源DC-DC電dian源yuan部bu分fen這zhe三san部bu分fen合he理li地di分fen開kai,使shi相xiang互hu間jian的de信xin號hao耦ou合he為wei最zui小xiao。而er在zai器qi件jian布bu設she方fang麵mian,還hai是shi遵zun從cong相xiang互hu有you關guan的de器qi件jian盡jin量liang靠kao近jin的de原yuan則ze,這zhe樣yang可ke以yi獲huo得de較jiao好hao的de抗kang噪zao聲sheng效xiao果guo。
DC-DC電源部分與地:在zai印yin刷shua電dian路lu板ban上shang,電dian源yuan線xian和he地di線xian最zui重zhong要yao。讓rang模mo擬ni電dian路lu和he數shu字zi電dian路lu分fen別bie擁yong有you自zi己ji的de電dian源yuan和he地di線xian通tong路lu。克ke服fu電dian磁ci幹gan擾rao,最zui主zhu要yao的de手shou段duan就jiu是shi接jie地di。
在液晶電視的驅動板上,主要將電源部分(DC-DC)的地和其他如解碼和主芯片處理的部分的地分開,以減少電源地對圖像顯示和電視伴音的幹擾。
如果在設計電路時存在著模擬地和數字地,在印製板鋪地時應該將它們分開。以減低相互幹擾。在使用雙層板以及多層板PCB的布局中,一般都會將其中一層銅箔作為專門的接地平麵。這樣做的目的是該接地充當屏蔽層。
集成芯片:在同一集成芯片中,也將模擬地和數字地分開鋪地。如液晶電視的主驅動板經常會使用的AD公司的模數轉換芯片AD9883,在zai印yin製zhi板ban設she計ji時shi我wo們men就jiu可ke以yi將jiang該gai芯xin片pian模mo擬ni部bu分fen的de地di和he數shu字zi部bu分fen的de地di分fen開kai鋪pu地di。最zui後hou再zai通tong過guo一yi根gen比bi較jiao短duan的de導dao線xian將jiang兩liang地di單dan點dian連lian接jie起qi來lai。或huo者zhe是shi將jiang兩liang地di通tong過guo一yi個ge1nF的旁路電容連接起來。
晶振:數字電路中的時鍾電路是目前電子產品中主要的電磁幹擾源之一,是EMC設計的主要內容。晶振是一個強輻射發射源。晶振內部電路產生大的RF電流,以至於晶體的地引線不能以很少的損耗充分地將比較大的Ldi/dt電流引到地平麵,結果金屬外殼變成了單極天線。晶振的周邊就是一個輻射場。
故晶振電路盡量遠離接口電路,如串口、地址線、數據線等。以避免接口電路將晶振的諧波信號帶出印製板以造成電磁幹擾。晶振的兩個腳都要加RC濾波電路.同時一定要將晶振的金屬外殼與印製板上的地連接起來。另外,晶振與芯片引腳盡量靠近,用地線把時鍾區隔離起來,放置一個局部地平麵並且通過多個過孔與地線連接。
電容去耦:利用電容去耦來降低電磁幹擾,電容去耦可以分為三種:整體的、局部的和板間的。
zhengtiquoudianronggongzuozaidipinzhuangtai,weizhenggedianlubantigongyigewendingdedianyahedianliu。tayingfangzhizaijinkaoyinzhidianlubandianyuanxianhedixiandedifang。dianxingdequoudianrongzhishi0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對幾十MHz以上的噪聲幾乎不起作用。所以對於20MHz以上的噪聲,采用0.01μF的電容去耦。
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