液晶電視電磁兼容設計技術

上海悅茂科技有限公司成(chéng)立于2006年，公司自成(chéng)立至今一直專注于安規與電磁兼容試驗設備的研發(fā)、生産和銷售，公司的主要人員具有近20年的從業經(jīng)曆，有著(zhe)豐富的實踐經(jīng)驗，已經(jīng)成(chéng)功給多家大型認證實驗室提供過(guò)測試設備的規劃以及相應試驗設備供應，公司自行生産數百種(zhǒng)各類安規設備、試驗儀器，并承接非标定制試驗設備。

公司一直以嚴謹的态度，秉承“以誠信爲基石，提供專業的技術服務，完善的解決方案，高品質的試驗設備”的理念，不斷的完善售後(hòu)服務，提高産品品質，努力成(chéng)爲同行業的 者.

公司同時代理銷售國(guó)内外多家的安規設備廠商産品，包括：美國(guó)COMPWEST、意大利ATS、美國(guó)ED&D、台灣鲸揚、日本SOKEN、日本KIKUSUI、日本YOGOGAWA、台灣艾普斯、日本SOKEN、日本ESPEC等等。

公司在電磁兼容領域提供完整的EMI與EMS設備，代理供應包括歐洲EM-TEST、意大利AFJ、德國(guó)FRANKONIA、瑞士EMC－PARTNER、日本MORITA等衆多廠家産品，同時公司也是北京科環在華東區銷售網點。

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(hǎo)，將(jiāng)會(huì)導緻電視在播放的過(guò)程中出現水波紋以及頻閃等問題，嚴重時將(jiāng)會(huì)導緻無法收看。EMC設計實際上就(jiù)是針對(duì)産品中産生的電磁幹擾進(jìn)行優化設計，使之符合各國(guó)或地區的EMC标準。其定義是：設備或系統在其電磁環境中能(néng)正常工作且不對(duì)該環境中任何事(shì)物構成(chéng)不能(néng)承受的電磁幹擾（EMI）的能(néng)力。

電磁幹擾一般都(dōu)分爲兩(liǎng)種(zhǒng)，傳導幹擾和輻射幹擾。傳導幹擾是指通過(guò)導電介質把一個電網絡上的信号耦合（幹擾）到另一個電網絡。輻射幹擾是指幹擾源通過(guò)空間把其信号耦合（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（主要包括主驅動闆和調諧器闆）以及按鍵模塊。一般液晶顯示模塊由生産廠商在生産前已經(jīng)完成(chéng)EMC的測試。這(zhè)裡(lǐ)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(liǎng)大主要功能(néng)就(jiù)是實現驅動液晶屏的背光以及爲其他模塊（包括驅動模塊，按鍵模塊）提供直流電源。

電源模塊的設計好(hǎo)壞直接影響到整個系統，如果設計不好(hǎo)，將(jiāng)會(huì)導緻電視出現大的水波紋，嚴重時將(jiāng)會(huì)導緻電視不能(néng)使用。同時還(hái)會(huì)嚴重影響到附近的其他設備的正常使用。

液晶電視的電源部分采用的都(dōu)是開(kāi)關電源。開(kāi)關電源引起(qǐ)電磁幹擾問題的原因是很複雜的。設計開(kāi)關電源時，要防止開(kāi)關電源對(duì)電網和附近的電子設備産生幹擾；還(hái)要加關電源本身對(duì)電磁幹擾環境的适應能(néng)力。

針對(duì)開(kāi)關電源的EMC問題，在設計時應采用以下主要措施：

軟開(kāi)關技術：開(kāi)關器件開(kāi)通/關斷時會(huì)産生浪湧電流和尖峰電壓，這(zhè)是開(kāi)關管産生電磁幹擾及開(kāi)關損耗的主要原因。軟開(kāi)關技術是減小開(kāi)關器件損耗和改善開(kāi)關器件EMC特性的重要方法。該技術主要是使開(kāi)關電源中的開(kāi)關管在零電壓、零電流時進(jìn)行開(kāi)關轉換從而有效地抑制電磁幹擾。

調制頻率控制：電磁幹擾是根據開(kāi)關頻率變化的，幹擾的能(néng)量集中在離散的開(kāi)關頻率點上導緻幹擾強度大。通過(guò)將(jiāng)開(kāi)關信号的能(néng)量調制分布在一個很寬的頻帶上，産生一系列離散邊頻帶，這(zhè)樣(yàng)就(jiù)將(jiāng)幹擾頻譜展開(kāi)，幹擾能(néng)量分布在離散頻帶上，從而降低開(kāi)關頻率點上的電磁幹擾強度。

元器件布局與走線：將(jiāng)電源輸入信号和輸出信号相關聯的元器件都(dōu)放置在相應的端口附近，以避免因耦合路徑而産生幹擾。將(jiāng)相互關聯的元器件放在一起(qǐ)，避免走線過(guò)長(cháng)帶來幹擾。

另外還(hái)要盡量避免信号線平行走線。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。

主驅動闆EMC設計

液晶電視的主驅動闆主要包括：模拟信号部分，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，要把模拟信号部分，高速數字電路部分，噪聲源DC-DC電源部分這(zhè)三部分合理地分開(kāi)，使相互間的信号耦合爲zui小。而在器件布設方面(miàn)，還(hái)是遵從相互有關的器件盡量靠近的原則，這(zhè)樣(yàng)可以獲得較好(hǎo)的抗噪聲效果。

DC-DC電源部分與地：在印刷電路闆上，電源線和地線zui重要。讓模拟電路和數字電路分别擁有自己的電源和地線通路。克服電磁幹擾，zui主要的手段就(jiù)是接地。

在液晶電視的驅動闆上，主要將(jiāng)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(kāi)，以減少電源地對(duì)圖像顯示和電視伴音的幹擾。

如果在設計電路時存在著(zhe)模拟地和數字地，在印制闆鋪地時應該將(jiāng)它們分開(kāi)。以減低相互幹擾。在使用雙層闆以及多層闆PCB的布局中，一般都(dōu)會(huì)將(jiāng)其中一層銅箔作爲專門的接地平面(miàn)。這(zhè)樣(yàng)做的目的是該接地充當屏蔽層。

集成(chéng)芯片：在同一集成(chéng)芯片中，也將(jiāng)模拟地和數字地分開(kāi)鋪地。如液晶電視的主驅動闆經(jīng)常會(huì)使用的AD公司的模數轉換芯片AD9883，在印制闆設計時我們就(jiù)可以將(jiāng)該芯片模拟部分的地和數字部分的地分開(kāi)鋪地。zui後(hòu)再通過(guò)一根比較短的導線將(jiāng)兩(liǎng)地單點連接起(qǐ)來。或者是將(jiāng)兩(liǎng)地通過(guò)一個1nF的旁路電容連接起(qǐ)來。

晶振：數字電路中的時鍾電路是目前電子産品中主要的電磁幹擾源之一，是EMC設計的主要内容。晶振是一個強輻射發(fā)射源。晶振内部電路産生大的RF電流，以至于晶體的地引線不能(néng)以很少的損耗充分地將(jiāng)比較大的Ldi/dt電流引到地平面(miàn)，結果金屬外殼變成(chéng)了單極天線。晶振的周邊就(jiù)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(jiāng)晶振的諧波信号帶出印制闆以造成(chéng)電磁幹擾。晶振的兩(liǎng)個腳都(dōu)要加RC濾波電路。同時要將(jiāng)晶振的金屬外殼與印制闆上的地連接起(qǐ)來。另外，晶振與芯片引腳盡量靠近，用地線把時鍾區隔離起(qǐ)來，放置一個局部地平面(miàn)并且通過(guò)多個過(guò)孔與地線連接。

電容去耦：利用電容去耦來降低電磁幹擾，電容去耦可以分爲三種(zhǒng)：整體的、局部的和闆間的。

整體去耦電容工作在低頻狀态，爲整個電路闆提供一個穩定的電壓和電流。它應放置在緊靠印制電路闆電源線和地線的地方。典型的去耦電容值是0.1μF。這(zhè)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，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就(jiù)是說，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好(hǎo)的去耦效果，對(duì)幾十MHz以上的噪聲幾乎不起(qǐ)作用。所以對(duì)于20MHz以上的噪聲，采用0.01μF的電容去耦。

局部去耦電容使集成(chéng)電路得到的供電電壓比較平穩；另外還(hái)旁路掉該器件的高頻噪聲。

闆間去耦電容是指電源面(miàn)和接地面(miàn)之間的電容，主要解決電源中産生的高頻瞬變電流。電源輸入端跨接一個10～100uF的電解電容器，如果印制電路闆的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗幹擾效果會(huì)更 好(hǎo)。去耦電容的引線不能(néng)過(guò)長(cháng)，一般都(dōu)緊靠在集成(chéng)電路電源旁邊，連線要粗一些。

磁珠濾波：在主闆上的所有信号輸入端（如YPBPR接口、VGA接口）都(dōu)要加入磁珠濾波。磁珠專用于抑制信号線、電源線上的高頻噪聲和尖峰幹擾，還(hái)具有吸收靜電脈沖的能(néng)力。它扮演高頻電阻的角色，即將(jiāng)高頻衰減掉。該器件允許直流信号通過(guò)，而濾除交流信号。

選擇磁珠時，必須注意以下幾個因素：

1、不需要的信号頻率範圍爲多少；

2、噪聲源是誰；

3、需要多大的噪聲衰減；

4、環境條件是什麼(me)（溫度，直流電壓，結構強度）；

5、電路和負載阻抗是多少；

6、是否有空間在PCB闆上放置磁珠。

前三條通過(guò)觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就(jiù)可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都(dōu)非常重要，即電阻R，感抗X和總感抗Z。如圖1所示：

圖1：反映磁珠電阻、感抗和總感抗的阻抗曲線及等效電路拓撲。

總阻抗通過(guò)下面(miàn)的公式⑴來描述：

Z＝（R + 2πFL）

通過(guò)這(zhè)一曲線，選擇在期望衰減噪聲的頻率範圍内具有zui大阻抗而在低頻和直流下信号衰減盡量小的磁珠。

片式磁珠在過(guò)大的直流電壓下，阻抗特性會(huì)受到影響，另外，如果工作溫升過(guò)高，或者外部磁場過(guò)大，磁珠的阻抗都(dōu)會(huì)受到不利的影響。

使用片式磁珠還(hái)是片式電感主要還(hái)在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的電磁幹擾噪聲時，使用片式磁珠是zui佳的選擇。

調諧器闆EMC設計

調諧器闆主要包括：調諧器部分、音頻處理部分。

在進(jìn)行調諧器闆部分的電路設計和PCB闆布闆時，尤其要注意電磁幹擾的問題，必須考慮下面(miàn)幾點：

1. 首先要將(jiāng)TUNER部分的地（即模拟地）與其他部分的地分開(kāi)鋪地。

2. 要將(jiāng)TUNER的金屬外殼與地連接起(qǐ)來，連接點多一些能(néng)更 好(hǎo)地消除電磁幹擾。調諧器TUNER内部本來就(jiù)存在高頻電路，故要做好(hǎo)屏蔽工作。

3. 在選用接口端子（如A V端子、S-VIDEO端子等）時，盡量選用傳導性好(hǎo)、抗電磁幹擾性強的端子，同時也需要將(jiāng)接口端子的所用地與大地完整連接起(qǐ)來。同時也加磁珠濾波。

4. 信号線盡量短而直，如果無法避免，可采取飛線過(guò)渡。信号線切忌形成(chéng)環形。因爲環形相當于線圈的匝數，環形布線的輻射效應zui強。

5. 盡量減少大面(miàn)積的死銅，解決辦法是可以將(jiāng)它們與地連接在一起(qǐ)。如有大面(miàn)積的死銅形成(chéng)天線，則會(huì)引入電磁幹擾。

6. 石英晶體下面(miàn)以及對(duì)噪聲敏感的器件下面(miàn)不要走線。

音頻處理部分要特别注意在印制闆的走線布局中，首先應避免將(jiāng)高速信号線和音、視頻線走在一起(qǐ)。例如：如果將(jiāng)I2C總線中的時鍾線SCL和數據線 SDA的走線和音頻線的走線靠得很近。由于I2C總線中的時鍾線SCL和數據線SDA在不停地變化，從而幹擾到聲音。很明顯地如，在你使用電視遙控器轉換電視頻道(dào)時，如果能(néng)聽到揚聲器發(fā)出有規律的“咯哒、咯哒”聲。這(zhè)可能(néng)就(jiù)是因爲在印制闆布闆時忽視了上面(miàn)的問題。

整機EMC設計

整機機内的裝配圖（以其中的一種(zhǒng)型号爲例）如圖2所示：

圖2：反映各個EMI關注點的某型号整機機内裝配圖。

在上圖中标号爲5的連接線爲數字闆連接屏的屏線。由于屏線主要是上屏的數據等。會(huì)對(duì)系統造成(chéng)很大的幹擾。減小幹擾zui好(hǎo)辦法是使用雙絞線和屏蔽線。如果是 TTL屏，屏線需要在連接線的外面(miàn)加屏蔽網罩或者是磁環。如果LVDS屏，則需要使用雙絞線，同時再加上磁環。以減少屏線對(duì)整個系統的電磁幹擾。帶屏蔽的雙絞線，可以信号電流在兩(liǎng)根内導線動，噪聲電流在屏蔽層裡(lǐ)流動，因此消除了公共阻抗的耦合，而任何幹擾將(jiāng)同時感應到兩(liǎng)根導線上，使噪聲相消。

在電源和主控制闆之間的連線（标号爲4）上也需要加一個磁環。主要是因爲電源線對(duì)主闆會(huì)産生比較大的電磁幹擾。

在按鍵闆跟主闆的連接線（标号爲9）上也應該加上一個磁環。主要原因是按鍵闆上不斷有數據變換（遙控接收頭）而導緻對(duì)系統産生電磁幹擾。加磁環可以有效地屏蔽電磁幹擾。

在跟揚聲器連接的音頻線（标号爲10）上加上磁環，以減少音頻輸出對(duì)系統的電磁幹擾。如果主闆和調諧器闆之間有排線（标号6、7、8）連接，則需要在連接線上加磁環。以減少排線間的電磁幹擾。

以上所加的磁環可以根據具體的情況來加，可以通過(guò)反複的實驗來确定。

屏蔽罩的利用：通常，液晶顯示模塊、主控制闆（包括數字闆和調諧器闆）和電源部分都(dōu)需要屏蔽罩。

主芯片的主頻率是産生電磁幹擾的主要原因。主頻率的頻率諧波，zui容易産生電磁幹擾。在做EMC的實驗中，主頻率的頻率諧波的地方電磁幹擾都(dōu)很大。在設計時要對(duì)主芯片加的屏蔽措施。主要的屏蔽措施在數字闆上加金屬屏蔽罩。加屏蔽罩是zui有效的抗電磁幹擾的途徑。但是因爲要考慮到驅動闆和整個系統的散熱問題，要求屏蔽罩上開(kāi)孔散熱。但是其zui大尺寸必須小于噪聲zui短波長(cháng)的1/100。

調諧器闆上的屏蔽主要是對(duì)TUNER部分的屏蔽。

電源部分的屏蔽尤其重要，如果電源部分的屏蔽不好(hǎo)，則會(huì)造成(chéng)大的幹擾。這(zhè)樣(yàng)傳導就(jiù)過(guò)不了。并且由于電源的發(fā)熱很厲害，所以該屏蔽罩要注意到散熱的問題。

通常屏蔽罩上都(dōu)有開(kāi)口和接縫，他們會(huì)造成(chéng)電磁洩露。從而使屏蔽效果不佳。解決接縫處電磁洩露的方法是在接縫處使用電磁密封襯墊。屏蔽罩上開(kāi)口的電磁洩露與該開(kāi)口的尺寸、輻射源的特性和輻射源到開(kāi)口的距離有關。通過(guò)設計開(kāi)口尺寸和輻射源到開(kāi)口的距離來滿足屏蔽的要求。