關(guān)于18英寸液晶顯示器的輻射電磁干擾設(shè)計

【導讀】本文將探討關(guān)于18英寸液晶顯示器的輻射電磁干擾(EMI)的評價與減小情況的研究，減小EMI的方法將在文中詳細介紹，并在適當?shù)牡胤綍扇∫恍┬薷?。對EMI輻射的測量證實了這些建議的效果。

液晶監(jiān)視器包括了一個液晶顯示器部件，一塊主PCB和一些輔助PCB。液晶顯示器部件包括一個液晶陣列，一些連接的PCB和一個熒光照明裝置。主PCB把來自個人計算機的顯示信息轉(zhuǎn)換成能夠被液晶顯示器數(shù)字式處理的信號。輔助PCB為熒光照明裝置提供電源，并將來自監(jiān)視器前方按鍵的信息傳輸?shù)街鱌CB。

液晶顯示器的不同位置有四個屏蔽體。屏蔽體1罩著液晶顯示器;屏蔽體2圍著主PCB;屏蔽體3籠罩了屏蔽體2并且固定在了屏蔽體1上;屏蔽體4覆蓋了一個輔助PCB，這塊電路板是變換電路PCB，它為液晶顯示器部件的熒光照明裝置提供電源。

液晶顯示器里的電路在一定的時鐘頻率范圍內(nèi)運行。模擬的紅綠藍輸入信號根據(jù)顯示器的分辨率在從35MHz到138MHz的時鐘速率范圍內(nèi)被數(shù)字化;另外，根據(jù)顯示器的分辨率，主處理器的存儲芯片的時鐘被鎖定在80MHz到101MHz的范圍內(nèi)。使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器在相同的時鐘速率下去處理數(shù)字顯示數(shù)據(jù)，然而在處理器的輸出鐘頻為固定的42.5MHz。

液晶監(jiān)視器EMI的改進

EMI的分析集中在主PCB，因為主PCB產(chǎn)生的頻率諧波在輻射頻譜中占主要地位。在主PCB上的所有的EMI改進能被分為三個不同的部分;去耦、印制線布線和電源絕緣區(qū)布局。

去耦

在時域中，去耦電容起到了電荷源的作用，它提供了反向改變電源總線電壓的電流;在頻域中，去耦電容減小了電源的阻抗。在任何情況下，都必須注意如何連接這種電容。如果去耦回路中有太多的電感(互感)，電容就不能足夠地提供電流，并且從電源總線看過去的阻抗也會增加。過多的互感會減小電容的影響，并且可能導致產(chǎn)生出有驅(qū)動EMI天線能力的帶噪聲的功率平面。

去耦電容能夠被分成三種：本體的，局部的和板間的。體去耦電容在低頻(亞MHz范圍)時可提供電荷;局部去耦電容在較高的頻率(在幾百MHz以上)也能提供電荷;在最高的頻率，電源面和接地面間的板間電容成為了去耦電流的主要來源。

主PCB最初設(shè)計的去耦方案需要改進。例如，體電容沒有放置在最合適的地方，它一般被放置在有電源面的PCB上，因為體電容工作在低頻，所以在電源總線的高電感可以被忽略。

在這種設(shè)計中，主PCB上的體去耦電容被放置在靠近集成電路的地方，在那里印制線的密度非常高。移動體去耦電容離開這個區(qū)域并不會減小低頻去耦，而且還會為PCB上布關(guān)鍵性的信號印制線提供空間。

局部去耦電容的連接同樣需要改進。在PCB上局部去耦電容需要放置在距離集成電路很近的地方，其間的距離大約是30密耳。另外，為了更好的效果，局部去耦電容和電源總線之間的互感需要最小化。對于大部分情況，在主PCB上局部去耦電容會被放置在靠近集成電路之處。然而，許多局部去耦電容與電源總線的連接很差。在很多時候，經(jīng)過一個共用的印制線使多個去耦電容與電源面和接地面連接起來。對于接地和電源來說，這些共用的印制線上的所有電容只有一個通孔。通過這種方式連接局部去耦電容就產(chǎn)生了許多的互感。連接局部去耦電容更好的方式就是應該為每個電容在連接處提供兩個通孔：一個通孔直接連接地平面，另一個直接連接電源平面。另外，去耦電容和集成電路不應該共用電源通孔和接地通孔，如果這樣的話就為去耦電容提供了一條線路。為了取得最大互感的地方。為了得到最大互感，較長的電源和接地通孔應該互相緊密放置。這樣，去耦電容和集成電路都被放到了PCB的最上層，并且從上到下的層疊的順序是信號面——接地面——電源面——信號面。來自最上層的最長的通孔應該是電容和集成電路的電源通孔。因此，去耦電容和集成電路的電源通孔應該盡可能的互相靠近。如果電容被放置PCB的反面，那么集成電路的電源通孔和電容的接地通孔應該被放置得盡可能靠近。

面間電容可以通過電源層和接地層間共同的表面積的增加而增大。在這個設(shè)計中，一些接地的臨時線被布到了電源層。通過移動這些接地的臨時線，并用電源層存在的電源隔離區(qū)域代替這些臨時線，就會增加層間電容。

印制線布線

設(shè)計者通常在PCB的接地層留下間隙。這些間隙可能是接地層的高速時鐘線或者其他印制線布線的結(jié)果。有時間隙置于接地層，以使板上的低頻區(qū)域與高頻電路隔開。由于連接器插頭空隙區(qū)可能會不經(jīng)意的產(chǎn)生間隙。當回流電流被迫繞著接地層的間隙流動的時候，間隙周圍就產(chǎn)生了不同的電位。這個電位差可能就是EMI的原因。

在主PCB上，有一些信號層的印制線穿過了鄰近接地層間隙的地方。例如，信號層上的高速數(shù)據(jù)和地址線穿過了接地層上的由時鐘印制線產(chǎn)生的位于接地層的間隙。

接地層的隔離間隙被用來隔離電源電路和數(shù)字電路。然而，如果相鄰層的高速線穿過間隙的話，那建立這個間隙的好處就失去了。在一個較早的原型中，隔離間隙很長，因此，在相鄰層上的一些模擬紅綠藍印制線在間隙上穿過。

電源絕緣區(qū)的布局

主PCB上的電源層被分成許多不同的電源絕緣區(qū)。結(jié)果，電源層產(chǎn)生了許多間隙。當相鄰層的信號印制線的回流電流圍繞這些間隙流動時，這些間隙形成了一個潛在的EMI源。為了減小這些潛在的EMI源，要通過移動或者重新建立電源絕緣區(qū)來減少相鄰層通過這些間隙　的印制線的數(shù)量。例如，一個可驅(qū)動PCB全部長度的12伏電源面不得已而在信號層上布線。一個電源絕緣區(qū)應該被移動，以使紅綠藍信號線不通過任何一個間隙。為了進一步減小潛在的EMI源，只有低速信號印制線能布在鄰近的信號層。

EMI“天線”的測定法

在液晶顯示器上可能有許多EMI“天線”。為了找出哪個EMI“天線”EMI的影響最大，利用了可選擇的屏蔽方法。所選擇的屏蔽方法包括了用銅帶和鋁箔去屏蔽所有可能的EMI源，然后每一次有選擇性地暴露一個可能的EMI“天線”。用這種方法，每個EMI“天線”的貢獻都可以被量化出來。

最重要的EMI“天線”被發(fā)現(xiàn)是在屏蔽體2背面驅(qū)動的屏蔽體1。當屏蔽體1和屏蔽體2被4個螺絲連接起來的時候，在高頻時，這些螺絲并不是一個很好的電連接。這兩個屏蔽體之間的不良連接就產(chǎn)生了一個EMI“天線”。為了消除這個EMI“天線”，可將指型簧片放置在兩個屏蔽體之間。EMI測試顯示，在放置了指型簧片后，在低于500MHz時EMI平均降低了2到3dB;而在高于500MHz時平均降低了5到10dB。

一些其他的低速電纜需要用鐵氧體來減小EMI。在主PCB和按鍵PCB之間的一簇電線，以及來自主PCB為液晶監(jiān)視器組件提供電源的電纜都攜帶了很多的噪聲電流，這些證明了在電纜上加上鐵氧體的正確性。

在主PCB和液晶顯示器組件之間攜帶高速顯示數(shù)據(jù)的屏蔽電纜并沒有在遠離屏蔽體之處連接到屏蔽體2上。沒有連接到屏蔽體2上的電纜允許噪聲電流自主PCB到屏蔽體2，并進行輻射。因此，高速數(shù)據(jù)電纜外部屏蔽體和屏蔽體2之間的連接要建立。輻射測量表明，當這種連接建立時，對于42.5MHz的輸出時鐘的諧波有了很大的減少，而在800MHz左右有適度減小。

進入屏蔽體2并連接到主PCB的紅綠藍電纜和電源電纜對輻射EMI的貢獻不大，因此勿需改進。

建議的效果

在500MHz以下，所有的諧波都降低了3到5dB，一些降低了10dB。在500MHz以上，大多數(shù)時鐘諧波都降低了5dB，一些降低的更多。

在液晶顯示器中的最重要的EMI源并不是源于液晶顯示器面板自身，而是來自用于處理并將模擬紅綠藍數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為液晶顯示器面板能夠用的數(shù)字信號的主PCB。重要的EMI源就是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、主處理器和存儲芯片使用的不同時鐘。潛在的EMI源(例如低壓數(shù)字信號集成電路的輸出)并不象最初所想的為EMI起到很大的貢獻。EMI“天線”主要包括沒有適當彼此連接的屏蔽體，同時也包括其他濾波不良的電纜連接的PCB。在一個寬頻率范圍內(nèi)，合適的設(shè)計可使輻射的EMI減少3～5dB，或者更多。