LCD電視機(jī)芯EMC設(shè)計(jì)要求

摘? 要：隨著電子產(chǎn)品的高度集成化，對(duì)硬件工程師來(lái)說(shuō)，EMC是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。本文主要對(duì)LCD電視機(jī)芯開(kāi)發(fā)常遇到的EMC問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)DC-DC，差分信號(hào)等線路的EMC設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了原理與實(shí)際相結(jié)合的詳細(xì)講解，希望有助于硬件工程師對(duì)LCD機(jī)芯開(kāi)發(fā)時(shí)，有效減少EMC的問(wèn)題，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：EMC;頻率;干擾信號(hào)

中圖分類號(hào)：TN948.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）22-0051-03

Abstract：With the high integration of electronic products，EMC is the focus of design work for hardware engineers. This paper mainly analyzes the EMC problems often encountered in the development of LCD TV core，and explains the EMC design requirements of DC-DC，differential signal and other lines in detail，hoping to help hardware engineers effectively reduce EMC problems and improve the design ability of products when developing LCD core.

Keywords：EMC;frequency;interference signal

0? 引? 言

電視接收機(jī)的EMC是指電視接收機(jī)在其電磁環(huán)境中能正常工作，不會(huì)造成性能降級(jí)，而且不會(huì)對(duì)該電磁環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電視接收機(jī)既是干擾源，又是敏感的接收器。電視接收機(jī)高頻調(diào)諧器的本機(jī)振蕩器、電源電路的半導(dǎo)體整流器和開(kāi)關(guān)電源、背光驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)字功放、DDR、HDMI、USB、LVDS、V-BY-ONE、網(wǎng)絡(luò)電路模塊、各種視頻接口電路、時(shí)鐘電路以及顯示屏上的T-CON、SOURCE電路等均是干擾源，可以通過(guò)各個(gè)端口、殼體、PCB Layout向外輻射和傳導(dǎo)干擾，對(duì)其所處電磁環(huán)境中的敏感設(shè)備形成干擾。同時(shí)，該環(huán)境中的電磁干擾信號(hào)也可通過(guò)電視接收機(jī)的各端口進(jìn)入電視接收機(jī)敏感的放大通道，經(jīng)過(guò)放大或非線性作用，在輸出端口對(duì)圖像和聲音形成干擾，使聲音和圖像質(zhì)量降低，甚至不能正常工作。本文以多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際情況整理而成。

1? DC-DC的設(shè)計(jì)要求

DC-DC引起的輻射頻率點(diǎn)一般在30MHZ-200MHz范圍內(nèi)，需對(duì)其波形參數(shù)及PCB走線加以約束，獲得良好的EMC效果。

1.1? DC-DC波形

DC-DC開(kāi)關(guān)管的PWM理想波形如圖1所示，實(shí)際波形常常如圖2所示，其中與輻射關(guān)系最大的幾個(gè)參量分別是上升時(shí)間Rt、下降時(shí)間Ft、振鈴的幅度與頻率。

（1）Rt與Ft直接影響輻射頻譜的拐點(diǎn)頻率，對(duì)其數(shù)值的要求如表1所示。

調(diào)整方法：調(diào)整MOS管柵極串聯(lián)電阻的阻值，即可調(diào)整Rt與Ft。

重要說(shuō)明：Rt與Ft值越大，上升、下降沿越緩，EMC輻射越低，但溫升越高，需要兼顧。

（2）振鈴很容易在某個(gè)頻率上產(chǎn)生強(qiáng)輻射，消除振鈴的辦法是在PWM輸出腳對(duì)地增加RC吸收回路，如圖3所示。

RC回路的補(bǔ)償頻率fz約等于0.5～0.8倍的振鈴頻率，fz計(jì)算方法：fz=

常用的取值范圍：R=2.2～6.8Ω;C=330～1000pF

振鈴的上沖、下沖幅度≤10%

重要說(shuō)明：RC吸收回路對(duì)Rt與Ft也有影響，往往在振鈴消除的同時(shí)，Rt與Ft的數(shù)值也有所變大，所以一般先消除振鈴再檢查上升、下降時(shí)間。

1.2? DC-DC的PCB布線要點(diǎn)

DC-DC的電流回路屬于低阻抗大電流回路，回路面積過(guò)大將引起輻射超標(biāo)，因此PCB布板時(shí)要盡可能地將回路面積降到最低。其主要電流回路有三個(gè)，如圖4所示。

回路1：C1→Q1→D1→C1? ? ? ? ?（優(yōu)先級(jí)最高）

回路2：C1→Q1→L1→C2→C1? ? ?（優(yōu)先級(jí)稍低）

回路3：D1→L1→C2→D1? ? ? ? ? （優(yōu)先級(jí)最低）

PCB布板的時(shí)候，C1、D1、C2接地點(diǎn)要互相靠近，盡可能縮小上述三個(gè)回路所包圍的面積，且走線要寬。

重要說(shuō)明：由于回路1僅在二極管反相導(dǎo)通的時(shí)候形成，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻噪聲，相比其他兩個(gè)回路來(lái)說(shuō)，危害最大，故C1與D1的接地點(diǎn)要優(yōu)先靠近。

2? 單端傳輸線

單端傳輸線主要指由GPIO口構(gòu)成的信號(hào)線，如I2S、TS_clk、SPDIF等信號(hào)，此類信號(hào)線多采用源端匹配的模式。如不匹配、匹配電阻物理位置不對(duì)或者地回線沒(méi)有處理好，都將導(dǎo)致EMC增強(qiáng)。

2.1? 匹配電阻阻值的選擇原則

RS+R=Z

其中，Rs為GPIO口的COMS驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻，一般為5～10Ω。R為匹配電阻阻值。Z為實(shí)際PCB走線的阻抗。

2.2? 匹配電阻與源端的距離

L≤2500mil，且在兩層板時(shí)，其包地走線不能中斷。

重要說(shuō)明：

（1）如電阻后有電容器，那么電容器也應(yīng)該緊跟電阻放置在端接距離L內(nèi)，不能放在終端IC附近。

（2）地回線不能在某處的回路面積增大很多，易導(dǎo)致環(huán)路輻射增強(qiáng)。

3? 差分傳輸線

差分線的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)稱、阻抗正確并連續(xù)、參考面連續(xù)，這個(gè)原則對(duì)于所有使用差分線傳輸線的場(chǎng)合都適用，如不嚴(yán)格遵守，則有可能引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

3.1? 對(duì)稱性

3.1.1? 時(shí)間軸的對(duì)稱

差分信號(hào)的拐彎引起了同一組正負(fù)差分線的長(zhǎng)度不等，正負(fù)信號(hào)到達(dá)終端的時(shí)延不同，導(dǎo)致共模信號(hào)的產(chǎn)生，如圖5、圖6所示，并產(chǎn)生EMC問(wèn)題，因此需要做長(zhǎng)度匹配，使時(shí)間軸上的信號(hào)盡量對(duì)稱，讓共模分量最小化。

重要說(shuō)明：

（1）對(duì)于BGA封裝的芯片，需要將IC內(nèi)部引線的長(zhǎng)度差考慮進(jìn)去，無(wú)論是發(fā)送端還是接收端都一樣。

（2）長(zhǎng)度匹配時(shí)，應(yīng)將匹配的蛇形走線靠近源端，不能放在終端，也不宜用大振幅的蛇形走線。

3.1.2? 幅度軸的對(duì)稱

幅度軸的不對(duì)稱主要由鄰近線的串?dāng)_、走線不對(duì)稱引起，導(dǎo)致正負(fù)信號(hào)波形不一致，無(wú)法抵消，額外增加了共模份量，加劇了EMC。

重要說(shuō)明：

（1）增加信號(hào)對(duì)間的距離是降低串?dāng)_的有效措施，PCB空間要充分利用。

（2）差分線兩側(cè)包地的過(guò)孔要對(duì)稱分布，包地本身也要對(duì)稱（2層板）。

3.2? 阻抗連續(xù)性

阻抗的連續(xù)保證了傳輸信號(hào)的不失真、沒(méi)有反射。從EMC的角度來(lái)看，就是波形沒(méi)有畸變，有畸變的波形表明在某些頻率上是增強(qiáng)的、某些頻率上是減弱的。

3.2.1? 差分對(duì)串電阻和共模電感問(wèn)題

差分線中串電阻實(shí)際上造成了阻抗的不連續(xù)，由于阻值很?。ㄍǔＳ?.1Ω），對(duì)波形畸變影響也小，所以難以確定在某個(gè)頻點(diǎn)上有確定性的改善。仿真與實(shí)際測(cè)試均說(shuō)明此電阻對(duì)EMC無(wú)明顯貢獻(xiàn)，因此不建議使用。

差分線串共模電感時(shí)，實(shí)際上也有負(fù)面作用，只不過(guò)通常情況下正面作用大于負(fù)面作用，故在成本可以接受的情況下可以采用。

3.2.2? 差分走線的共模阻抗要求

HDMI差分線的共模阻抗如果能與HDMI電纜、主板接收端IC的共模阻抗進(jìn)行匹配，那么整機(jī)的EMC將會(huì)得到改善，因?yàn)镠DMI線材、HDMI接收端芯片其共模阻抗是25Ω，考慮到MHL要求30Ω的中心值，故可以將PCB走線的共模阻抗控制在25～35Ω之間。

四層板的共模阻抗要求必須控制，兩層板考慮到PCB實(shí)施的難度，暫不作要求。

HDMI差分走線到HDMI端口應(yīng)盡量短。

4? 其他常規(guī)要求

（1）濾波電容的地盡量靠近IC引腳。

（2）不能多個(gè)濾波電容共用一個(gè)過(guò)孔，至少一配一（能多放更好），且過(guò)孔盡量靠近電容腳。

（3）濾波電容不能遠(yuǎn)離IC，特別是小容量電容，遠(yuǎn)了就失去其應(yīng)有作用。

（4）晶振電路的設(shè)計(jì)：晶振正常波形為正弦波，但設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生波形畸變，導(dǎo)致電流突變引起EMC干擾。

（5）伴音功放輸出端子的線路設(shè)計(jì)：功放的伴音輸出插座應(yīng)靠近功放板邊就近放置，如圖7所示。

如果遠(yuǎn)離功放放置，必須靠近插座預(yù)留電容位置（容量0.1μF左右）。

5? 結(jié)? 論

EMC是一個(gè)系統(tǒng)工程，對(duì)于LCD電視機(jī)的機(jī)芯EMC設(shè)計(jì)，本文只描述出部分設(shè)計(jì)要求，主要是減少干擾源，使干擾值達(dá)到要求，從而滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析：第2版 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：徐永橋（1979-），男，漢族，廣東惠州人，中級(jí)工程師，本科，研究方向：電磁兼容。