LCD電視機芯EMC設計要求

摘? 要：隨著電子產品的高度集成化，對硬件工程師來說，EMC是設計工作的重點。本文主要對LCD電視機芯開發常遇到的EMC問題進行分析，對DC-DC，差分信號等線路的EMC設計要求進行了原理與實際相結合的詳細講解，希望有助于硬件工程師對LCD機芯開發時，有效減少EMC的問題，提高產品的設計能力。

關鍵詞：EMC;頻率;干擾信號

中圖分類號：TN948.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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

電視接收機的EMC是指電視接收機在其電磁環境中能正常工作，不會造成性能降級，而且不會對該電磁環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電視接收機既是干擾源，又是敏感的接收器。電視接收機高頻調諧器的本機振蕩器、電源電路的半導體整流器和開關電源、背光驅動電路、數字功放、DDR、HDMI、USB、LVDS、V-BY-ONE、網絡電路模塊、各種視頻接口電路、時鐘電路以及顯示屏上的T-CON、SOURCE電路等均是干擾源，可以通過各個端口、殼體、PCB Layout向外輻射和傳導干擾，對其所處電磁環境中的敏感設備形成干擾。同時，該環境中的電磁干擾信號也可通過電視接收機的各端口進入電視接收機敏感的放大通道，經過放大或非線性作用，在輸出端口對圖像和聲音形成干擾，使聲音和圖像質量降低，甚至不能正常工作。本文以多年實踐經驗結合實際情況整理而成。

1? DC-DC的設計要求

DC-DC引起的輻射頻率點一般在30MHZ-200MHz范圍內，需對其波形參數及PCB走線加以約束，獲得良好的EMC效果。

1.1? DC-DC波形

DC-DC開關管的PWM理想波形如圖1所示，實際波形常常如圖2所示，其中與輻射關系最大的幾個參量分別是上升時間Rt、下降時間Ft、振鈴的幅度與頻率。

（1）Rt與Ft直接影響輻射頻譜的拐點頻率，對其數值的要求如表1所示。

調整方法：調整MOS管柵極串聯電阻的阻值，即可調整Rt與Ft。

重要說明：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）振鈴很容易在某個頻率上產生強輻射，消除振鈴的辦法是在PWM輸出腳對地增加RC吸收回路，如圖3所示。

RC回路的補償頻率fz約等于0.5～0.8倍的振鈴頻率，fz計算方法：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%

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

1.2? DC-DC的PCB布線要點

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

回路1：C1→Q1→D1→C1? ? ? ? ?（優先級最高）

回路2：C1→Q1→L1→C2→C1? ? ?（優先級稍低）

回路3：D1→L1→C2→D1? ? ? ? ? （優先級最低）

PCB布板的時候，C1、D1、C2接地點要互相靠近，盡可能縮小上述三個回路所包圍的面積，且走線要寬。

重要說明：由于回路1僅在二極管反相導通的時候形成，能產生強烈的高頻噪聲，相比其他兩個回路來說，危害最大，故C1與D1的接地點要優先靠近。

2? 單端傳輸線

單端傳輸線主要指由GPIO口構成的信號線，如I2S、TS_clk、SPDIF等信號，此類信號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或者地回線沒有處理好，都將導致EMC增強。

2.1? 匹配電阻阻值的選擇原則

RS+R=Z

其中，Rs為GPIO口的COMS驅動器內阻，一般為5～10Ω。R為匹配電阻阻值。Z為實際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，其包地走線不能中斷。

重要說明：

（1）如電阻后有電容器，那么電容器也應該緊跟電阻放置在端接距離L內，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，易導致環路輻射增強。

3? 差分傳輸線

差分線的關鍵點是對稱、阻抗正確并連續、參考面連續，這個原則對于所有使用差分線傳輸線的場合都適用，如不嚴格遵守，則有可能引起嚴重的EMC問題。

3.1? 對稱性

3.1.1? 時間軸的對稱

差分信號的拐彎引起了同一組正負差分線的長度不等，正負信號到達終端的時延不同，導致共模信號的產生，如圖5、圖6所示，并產生EMC問題，因此需要做長度匹配，使時間軸上的信號盡量對稱，讓共模分量最小化。

重要說明：

（1）對于BGA封裝的芯片，需要將IC內部引線的長度差考慮進去，無論是發送端還是接收端都一樣。

（2）長度匹配時，應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? 幅度軸的對稱

幅度軸的不對稱主要由鄰近線的串擾、走線不對稱引起，導致正負信號波形不一致，無法抵消，額外增加了共模份量，加劇了EMC。

重要說明：

（1）增加信號對間的距離是降低串擾的有效措施，PCB空間要充分利用。

（2）差分線兩側包地的過孔要對稱分布，包地本身也要對稱（2層板）。

3.2? 阻抗連續性

阻抗的連續保證了傳輸信號的不失真、沒有反射。從EMC的角度來看，就是波形沒有畸變，有畸變的波形表明在某些頻率上是增強的、某些頻率上是減弱的。

3.2.1? 差分對串電阻和共模電感問題

差分線中串電阻實際上造成了阻抗的不連續，由于阻值很小（通常用5.1Ω），對波形畸變影響也小，所以難以確定在某個頻點上有確定性的改善。仿真與實際測試均說明此電阻對EMC無明顯貢獻，因此不建議使用。

差分線串共模電感時，實際上也有負面作用，只不過通常情況下正面作用大于負面作用，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的共模阻抗進行匹配，那么整機的EMC將會得到改善，因為HDMI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實施的難度，暫不作要求。

HDMI差分走線到HDMI端口應盡量短。

4? 其他常規要求

（1）濾波電容的地盡量靠近IC引腳。

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

（3）濾波電容不能遠離IC，特別是小容量電容，遠了就失去其應有作用。

（4）晶振電路的設計：晶振正常波形為正弦波，但設計不合理時，會產生波形畸變，導致電流突變引起EMC干擾。

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

如果遠離功放放置，必須靠近插座預留電容位置（容量0.1μF左右）。

5? 結? 論

EMC是一個系統工程，對于LCD電視機的機芯EMC設計，本文只描述出部分設計要求，主要是減少干擾源，使干擾值達到要求，從而滿足設計要求。

參考文獻：

[1] 楊繼深.電磁兼容（EMC）技術之產品研發及認證 [M].北京：電子工業出版社，2014.

[2] 鄭軍奇.EMC電磁兼容設計與測試案例分析：第2版 [M].北京：電子工業出版社，2010.

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