基于顯示屏EMC防護在汽車座艙控制系統研究

林琦

摘 要：隨著電子科技技術的進步及更新，傳統意義上機械式操作的汽車音響，空調，儀表已經被越來越多的電子化產品所覆蓋。在不斷的電子技術變更過程中，對于各種電控產品的EMC要求也不斷提高。基于此本文對于汽車音響，儀表等有TFT顯示部分EMC的防護措施進行分析，并且圍繞汽車音響顯示屏部分EMC為中心詮釋綜合系統設計理念。提高汽車座艙控制系統的抗干擾能力及防護能力。

關鍵詞：EMC防護 汽車音響顯示屏 特點

Research on Control System of Automobile Cockpit Based on Display EMC Protection

Lin Qi

Abstract：With the advancement and update of electronic technology， mechanically operated car stereos， air conditioners， and meters have been covered by more and more electronic products in the traditional sense. In the process of constant electronic technology changes， EMC requirements for various electronic control products are also continuously increasing. Based on this， this article analyzes the EMC protection measures of car audio and instrumentation with TFT display， and interprets the comprehensive system design concept around the EMC of the car audio display， so as to improve the anti-interference ability and protection ability of the car cockpit control system.

Key words：EMC protection， car audio display， features

1 引言

目前的汽車類電子正處高速發展并轉型的階段，主要是往共享，互聯，智能，電動化方向發展。汽車音響等電子類產品是整車娛樂系統的核心部件，傳統的機械式按鍵已經轉變為觸摸式電子按鍵，以收音機功能為主體的人機溝通界面變成以導航，整車信息為主的操作界面，所以針對越來越多的技術變更，如何使眾多的電子器件在汽車座艙內安全的，穩定的工作是汽車行業需要關注的重要問題。

2 EMC的特點

電磁兼容技術（EMC）主要是由電磁干擾引起的。電磁干擾是指電氣裝置或者電氣系統不產生干擾或不受環境干擾，工作在指定環境中的穩定工作的能力。汽車上的電磁兼容（EMC）是研究在有限的空間，有限的時間，有限的頻譜資源條件下，汽車上使用各種的電氣設備（系統，分系統，甚至包含生物體）可以共存并不會引起降級的一門科學。汽車上的電磁兼容（EMC）主要包含：

ESD：靜電是一種客觀存在的現象，產生的方式有很多種，比如：接觸，摩擦，電氣感應等。在汽車座艙內的ESD研究主要是人體對中控臺上各種電器釋放靜電的過程，由于靜電會對電子部件造成突發損傷和潛在性損傷兩種，突發性損傷會使電子部件失去作用，潛在損傷會使電子部件工作狀態不穩定。所以需要在被釋放的電子部件上找出一條回路最短，損傷影響最小的靜電泄放路徑，避免電子部件受到損傷。

RE：輻射騷擾測試，包含空間輻射和磁場輻射測試。輻射騷擾主要是指能量以電磁波的形式發射到空中，或者以電磁波形式在空間傳播對周邊產品的影響。輻射超標會對周圍的裝置，設備或系統性能降低，干擾信息技術設備或其他電子產品的正常工作，并且會對人體造成一定的危害。

CE：傳導發射是指電氣和電子設備在工作時候產生的電磁干擾。主要是設備在工作的過程中其內部的各種控制芯片，解碼芯片以及開關電源產生的傳導性干擾，干擾會沿著電源線，地線以及信號線進行傳輸影響外部工作的儀器及設備。

RI：電磁場抗干擾度主要是設備抵抗外部空間發射的電磁干擾，例如：電臺廣播，發射機站，各種工業電磁源等設備產生的空間電磁波和輻射干擾.對主要設備進行干擾。輻射的超標會對主要設備造成性能及功能可恢復的故障，更加嚴重的會造成損壞性的故障現象。

3 EMC對汽車音響顯示屏設計的意義

我國汽車音響事業與國外發達國家比較，雖然起步比較晚，但是經過近30年的發展，從成功引用先進的研發技術，平臺設計理念，到成為全球概念研發的前沿，經歷了跨時代的華麗轉身。隨著5G技術的普及，汽車音響會向更全面更高的方向發展。 現階段的汽車音響運用越來越多的數字化的元件，例如數字調諧器，ARM，EMMC，DDR等，并且有獨立的操作系統，也可以安裝各種類型的APP，相當于MINI版本的電腦。目前的汽車音響需要顯示導航信息，整車狀態信息以及娛樂功能信息等，顯示屏作為汽車音響和車主之間的溝通橋梁有著十分重要的作用，在多種數字電路工作的環境下，為了保證顯示屏可以正常的工作，必須在產品設計的過程中，引入EMC的設計理念，用于改善由需求造成的設計隱患。利用成熟的EMC設計理念可以使顯示屏部分的穩定性提高;在產品原理圖繪制，LAYOUT線路布局的階段利用經驗共享方式節省開發時間;運用較少的成本使系統更加穩定、安全、方便、快捷，可以讓汽車音響顯示屏組件有著更廣闊的發展方向及市場空間。使得整車空間設計有多種的選擇，同時也為汽車行業的發展提供更多革新思路。

4 以EMC設計為基礎的汽車音響顯示屏系統設計主要模式

汽車音響顯示屏部分是相對復雜的一個系統，主要功能部件包含：觸摸屏，顯示屏，裝載控制芯片的LAYOUT板，它們不屬于同一個2D開發平面內，只能通過結構部件將其聯系到一起，EMC設計需要處理好單個功能部件的電磁敏感度，還需要處理好合體部件穩定性。

汽車音響系統分為顯示屏系統和主機系統兩部分，而將兩個系統串聯到一起的方式有很多種，板對板插連，FFC/FPC連接，LVDS通訊等。目前用雙絞線通訊LVDS信號的方式，是顯示屏系統和主機系統的主流連接方式。較長的雙絞線在RE/CE/RI/ESD各個試驗項都會產生隱患，EMC設計需要降低各類實驗的風險限值，使產品在惡劣環境下的保持穩定的工作狀態。

4.1 觸摸屏EMC設計要求

觸摸屏是汽車音響顯示屏對外環境的第一層，主要考慮的是ESD/RE的防護方式。電路設計方案分為COF和COB兩種，結構設計方案性價比較高的方式采用空氣貼合，而空氣貼合的使用造成不論COF和COB哪種設計方案，都會使顯示屏和面板之間漏出一條縫隙。EMC中的ESD測試會使靜電沿著縫隙注入觸摸屏的FPC線上，干擾及損壞觸摸芯片的工作狀態，出現觸屏無作用的現象。EMC設計要求在FPC連接線靠近縫隙的一面貼一層EMI材料或銅皮，并使EMI材料或銅皮和顯示屏系統大地相連，給靜電一條最近的回路通道泄放能量。如果是COF的設計方案還需要在觸摸芯片的底層做一個SUS的鋼化補強板，直接和控制板PCB的地相連，用于泄放殘留電荷。如果是COB的設計方案，負責通訊的ITO走線盡量放在PCB的同一層面，給ITO的背面保留完整的地用于耦合通訊過程中的信號串擾。

4.2 顯示屏EMC設計要求

顯示屏是汽車音響的主要部件，也是反應整個音響系統狀態穩定的直觀部件。主要考慮的是ESD/RE兩種防護方式。顯示屏的外圍一般是由金屬框架和金屬背板組成，在設計時要讓金屬框架和金屬背板有效相連接同地，懸浮沒有地回路的金屬件會導致靜電亂走，會導致顯示抖屏，顯示黑屏，顯示亂碼等現象。

RE是顯示屏部件比較難處理的試驗，常用的方式有：

展頻：展頻技術是一種常用的無線電通訊技術，分為跳頻技術和直接序列兩種方式，汽車音響顯示屏常用跳頻技術，顯示屏部分的LVDS通訊信號的主時鐘通常是在50MHZ到100MHZ之間，脈沖的峰值能量非常強，會產生空間電磁干擾，時鐘信號奇數倍頻點也會有較強的干擾，展頻技術是通過削波的方式降低脈沖所產生的電磁干擾，使峰值點的電磁強度均攤到周圍頻點。

差分阻抗匹配：主要用于LVDS信號傳輸線上，由此達到高頻限號都可以傳遞至負載點的目的，并且不會有信號反射回源點。信號源內阻和所接傳輸線的特性阻抗大小相等，傳輸線的特性阻抗和所接負載阻抗的大小相等。顯示屏LVDS通訊信號到主機顯示處理芯片之間的載體過多，載體材質也不相同，所以只有相同的阻抗才能減少銜接過程中的多余能量，造成輻射超標的現象。

鏡像地：鏡像地是臨近信號層的一層敷銅平面，主要作用是降低回流噪聲，降低輻射強度，防止信號反射的作用。鏡像地在汽車音響顯示屏部分運用方式很多，運用的位置也很多，比如：顯示屏FPC排線需要用兩層，一層信號層，一層全鋪銅做鏡像地;連接器：使信號地和大地分開連接，大地做鏡像地;PCB上的LVDS通訊線底層懸空部位用導電棉做鏡像地等等。

4.3 LAYOUT EMC設計要求

LAYOUT在顯示屏組件中有著重要的作用，承載著控制芯片， 開關電源以及解碼芯片等多種功能性集成元件，是顯示屏和觸摸屏的信號地回路的重要環節， EMC測試內容主要考慮RE的部分，除了以上所提到的鏡像地，差分阻抗等內容外，還需要注意對部分輻射干擾強度比較大的元件增加屏蔽罩，基本原理是用完整的金屬屏蔽體，將近場RE測試中電磁干擾比較大的元件封閉起來，使其外部的電磁場強度低于允許值的一種措施;或者也可以用吸波材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內部電磁場強度低于允許的一種措施。

4.4 連接部件設計要求

在對通訊連接部分設計的過程中，應盡量避免通訊信號及通訊芯片暴漏在外界，在連接設備的外部添加一層和兩個系統同地的屏蔽層，可以有效的屏蔽干擾信號的空間傳輸，相當于制作了縮小版本的法拉利籠，從而可以起到外部電磁波對內部電路和內部電路對外的影響，增加產品在RE實驗 RI實驗以及ESD實驗的通過率。

5 結語

綜上所述，EMC防護在汽車音響顯示系統設計過程中，針對不同功能組件進行輔助設計以及模塊化設計，使前屏系統設計符合各種苛刻測試需求。利用平臺化EMC設計數據的精確性，可以廣泛的應用到汽車各個零部件的設計中。通過對EMC防護在汽車音響顯示屏上的成功應用，能夠說明EMC防護可以在汽車座艙控制系統中有著重要的作用，可以使汽車上各種的電氣設備（系統，分系統，甚至包含生物體）共存并且不會引起功能及性能損耗。