- 面向液晶電視的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)綜述
- 電源模塊EMC設(shè)計(jì)
- 主驅(qū)動(dòng)板EMC設(shè)計(jì)
- 軟開關(guān)技術(shù)
- 調(diào)制頻率控制
- 元器件布局與走線
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電磁兼容(EMC)是液晶電視設(shè)計(jì)中不可避免的重要問題。如果EMC設(shè)計(jì)不好，將會(huì)導(dǎo)致電視在播放的過程中出現(xiàn)水波紋以及頻閃等問題，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致無法收看。EMC設(shè)計(jì)實(shí)際上就是針對產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之符合各國或地區(qū)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。其定義是：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾(EMI)的能力。
電磁干擾一般都分為兩種，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。
液晶電視結(jié)構(gòu)主要包括：液晶顯示模塊，電源模塊，驅(qū)動(dòng)模塊(主要包括主驅(qū)動(dòng)板和調(diào)諧器板)以及按鍵模塊。一般液晶顯示模塊由生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)前已經(jīng)完成EMC的測試。這里主要介紹一下設(shè)計(jì)電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵模塊,以及整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的電磁干擾問題。
電源模塊EMC設(shè)計(jì)
電源部分兩大主要功能就是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)液晶屏的背光以及為其他模塊(包括驅(qū)動(dòng)模塊，按鍵模塊)提供直流電源。
電源模塊的設(shè)計(jì)好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)，如果設(shè)計(jì)不好，將會(huì)導(dǎo)致電視出現(xiàn)大的水波紋，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致電視不能使用。同時(shí)還會(huì)嚴(yán)重影響到附近的其他設(shè)備的正常使用。
液晶電視的電源部分采用的都是開關(guān)電源。開關(guān)電源引起電磁干擾問題的原因是很復(fù)雜的。設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，要防止開關(guān)電源對電網(wǎng)和附近的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾；還要加強(qiáng)開關(guān)電源本身對電磁干擾環(huán)境的適應(yīng)能力。
針對開關(guān)電源的EMC問題，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用以下主要措施：
軟開關(guān)技術(shù)：開關(guān)器件開通/關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流和尖峰電壓，這是開關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾及開關(guān)損耗的主要原因。軟開關(guān)技術(shù)是減小開關(guān)器件損耗和改善開關(guān)器件EMC特性的重要方法。該技術(shù)主要是使開關(guān)電源中的開關(guān)管在零電壓、零電流時(shí)進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換從而有效地抑制電磁干擾。
調(diào)制頻率控制：電磁干擾是根據(jù)開關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在離散的開關(guān)頻率點(diǎn)上導(dǎo)致干擾強(qiáng)度大。通過將開關(guān)信號(hào)的能量調(diào)制分布在一個(gè)很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列離散邊頻帶，這樣就將干擾頻譜展開，干擾能量分布在離散頻帶上，從而降低開關(guān)頻率點(diǎn)上的電磁干擾強(qiáng)度。
元器件布局與走線：將電源輸入信號(hào)和輸出信號(hào)相關(guān)聯(lián)的元器件都放置在相應(yīng)的端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生干擾。將相互關(guān)聯(lián)的元器件放在一起，避免走線過長帶來干擾。
另外還要盡量避免信號(hào)線平行走線。如果無法避免，盡量加大線間距?；蛘咴谥虚g加一根地線，以減少相互之間的干擾。
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主驅(qū)動(dòng)板EMC設(shè)計(jì)
液晶電視的主驅(qū)動(dòng)板主要包括：模擬信號(hào)部分，高速數(shù)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(hào)部分，高速數(shù)字電路部分，噪聲源DC-DC電源部分這三部分合理地分開，使相互間的信號(hào)耦合為最小。而在器件布設(shè)方面，還是遵從相互有關(guān)的器件盡量靠近的原則，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。
DC-DC電源部分與地：在印刷電路板上，電源線和地線最重要。讓模擬電路和數(shù)字電路分別擁有自己的電源和地線通路。克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。
在液晶電視的驅(qū)動(dòng)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干擾。
如果在設(shè)計(jì)電路時(shí)存在著模擬地和數(shù)字地，在印制板鋪地時(shí)應(yīng)該將它們分開。以減低相互干擾。在使用雙層板以及多層板PCB的布局中，一般都會(huì)將其中一層銅箔作為專門的接地平面。這樣做的目的是該接地充當(dāng)屏蔽層。
集成芯片：在同一集成芯片中，也將模擬地和數(shù)字地分開鋪地。如液晶電視的主驅(qū)動(dòng)板經(jīng)常會(huì)使用的AD公司的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883，在印制板設(shè)計(jì)時(shí)我們就可以將該芯片模擬部分的地和數(shù)字部分的地分開鋪地。最后再通過一根比較短的導(dǎo)線將兩地單點(diǎn)連接起來?；蛘呤菍傻赝ㄟ^一個(gè)1nF的旁路電容連接起來。
晶振：數(shù)字電路中的時(shí)鐘電路是目前電子產(chǎn)品中主要的電磁干擾源之一，是EMC設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。晶振是一個(gè)強(qiáng)輻射發(fā)射源。晶振內(nèi)部電路產(chǎn)生大的RF電流，以至于晶體的地引線不能以很少的損耗充分地將比較大的Ldi/dt電流引到地平面，結(jié)果金屬外殼變成了單極天線。晶振的周邊就是一個(gè)輻射場。
故晶振電路盡量遠(yuǎn)離接口電路,如串口、地址線、數(shù)據(jù)線等。以避免接口電路將晶振的諧波信號(hào)帶出印制板以造成電磁干擾。晶振的兩個(gè)腳都要加RC濾波電路.同時(shí)一定要將晶振的金屬外殼與印制板上的地連接起來。另外，晶振與芯片引腳盡量靠近,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，放置一個(gè)局部地平面并且通過多個(gè)過孔與地線連接。
電容去耦：利用電容去耦來降低電磁干擾，電容去耦可以分為三種：整體的、局部的和板間的。
整體去耦電容工作在低頻狀態(tài)，為整個(gè)電路板提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓和電流。它應(yīng)放置在緊靠印制電路板電源線和地線的地方。典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)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，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于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。所以對于20MHz以上的噪聲，采用0.01μF的電容去耦。
