LCD电视机芯EMC设计要求

摘  要：随着电子产品的高度集成化，对硬件工程师来说，EMC是设计工作的重点。本文主要对LCD电视机芯开发常遇到的EMC问题进行分析，对DC-DC，差分信号等线路的EMC设计要求进行了原理与实际相结合的详细讲解，希望有助于硬件工程师对LCD机芯开发时，有效减少EMC的问题，提高产品的设计能力。

关键词：EMC;频率;干扰信号

中图分类号：TN948.5      文献标识码：A 文章编号：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

電视接收机的EMC是指电视接收机在其电磁环境中能正常工作，不会造成性能降级，而且不会对该电磁环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电视接收机既是干扰源，又是敏感的接收器。电视接收机高频调谐器的本机振荡器、电源电路的半导体整流器和开关电源、背光驱动电路、数字功放、DDR、HDMI、USB、LVDS、V-BY-ONE、网络电路模块、各种视频接口电路、时钟电路以及显示屏上的T-CON、SOURCE电路等均是干扰源，可以通过各个端口、壳体、PCB Layout向外辐射和传导干扰，对其所处电磁环境中的敏感设备形成干扰。同时，该环境中的电磁干扰信号也可通过电视接收机的各端口进入电视接收机敏感的放大通道，经过放大或非线性作用，在输出端口对图像和声音形成干扰，使声音和图像质量降低，甚至不能正常工作。本文以多年实践经验结合实际情况整理而成。

1  DC-DC的设计要求

DC-DC引起的辐射频率点一般在30MHZ-200MHz范围内，需对其波形参数及PCB走线加以约束，获得良好的EMC效果。

1.1  DC-DC波形

DC-DC开关管的PWM理想波形如图1所示，实际波形常常如图2所示，其中与辐射关系最大的几个参量分别是上升时间Rt、下降时间Ft、振铃的幅度与频率。

（1）Rt与Ft直接影响辐射频谱的拐点频率，对其数值的要求如表1所示。

调整方法：调整MOS管栅极串联电阻的阻值，即可调整Rt与Ft。

重要说明：Rt与Ft值越大，上升、下降沿越缓，EMC辐射越低，但温升越高，需要兼顾。

（2）振铃很容易在某个频率上产生强辐射，消除振铃的办法是在PWM输出脚对地增加RC吸收回路，如图3所示。

RC回路的补偿频率fz约等于0.5～0.8倍的振铃频率，fz计算方法：fz=

常用的取值范围：R=2.2～6.8Ω;C=330～1000pF

振铃的上冲、下冲幅度≤10%

重要说明：RC吸收回路对Rt与Ft也有影响，往往在振铃消除的同时，Rt与Ft的数值也有所变大，所以一般先消除振铃再检查上升、下降时间。

1.2  DC-DC的PCB布线要点

DC-DC的电流回路属于低阻抗大电流回路，回路面积过大将引起辐射超标，因此PCB布板时要尽可能地将回路面积降到最低。其主要电流回路有三个，如图4所示。

回路1：C1→Q1→D1→C1         （优先级最高）

回路2：C1→Q1→L1→C2→C1     （优先级稍低）

回路3：D1→L1→C2→D1          （优先级最低）

PCB布板的时候，C1、D1、C2接地点要互相靠近，尽可能缩小上述三个回路所包围的面积，且走线要宽。

重要说明：由于回路1仅在二极管反相导通的时候形成，能产生强烈的高频噪声，相比其他两个回路来说，危害最大，故C1与D1的接地点要优先靠近。

2  单端传输线

单端传输线主要指由GPIO口构成的信号线，如I2S、TS_clk、SPDIF等信号，此类信号线多采用源端匹配的模式。如不匹配、匹配电阻物理位置不对或者地回线没有处理好，都将导致EMC增强。

2.1  匹配电阻阻值的选择原则

RS+R=Z

其中，Rs为GPIO口的COMS驱动器内阻，一般为5～10Ω。R为匹配电阻阻值。Z为实际PCB走线的阻抗。

2.2  匹配电阻与源端的距离

L≤2500mil，且在两层板时，其包地走线不能中断。

重要说明：

（1）如电阻后有电容器，那么电容器也应该紧跟电阻放置在端接距离L内，不能放在终端IC附近。

（2）地回线不能在某处的回路面积增大很多，易导致环路辐射增强。

3  差分传输线

差分线的关键点是对称、阻抗正确并连续、参考面连续，這个原则对于所有使用差分线传输线的场合都适用，如不严格遵守，则有可能引起严重的EMC问题。

3.1  对称性

3.1.1  时间轴的对称

差分信号的拐弯引起了同一组正负差分线的长度不等，正负信号到达终端的时延不同，导致共模信号的产生，如图5、图6所示，并产生EMC问题，因此需要做长度匹配，使时间轴上的信号尽量对称，让共模分量最小化。

重要说明：

（1）对于BGA封装的芯片，需要将IC内部引线的长度差考虑进去，无论是发送端还是接收端都一样。

（2）长度匹配时，应将匹配的蛇形走线靠近源端，不能放在终端，也不宜用大振幅的蛇形走线。

3.1.2  幅度轴的对称

幅度轴的不对称主要由邻近线的串扰、走线不对称引起，导致正负信号波形不一致，无法抵消，额外增加了共模份量，加剧了EMC。

重要说明：

（1）增加信号对间的距离是降低串扰的有效措施，PCB空间要充分利用。

（2）差分线两侧包地的过孔要对称分布，包地本身也要对称（2层板）。

3.2  阻抗连续性

阻抗的连续保证了传输信号的不失真、没有反射。从EMC的角度来看，就是波形没有畸变，有畸变的波形表明在某些频率上是增强的、某些频率上是减弱的。

3.2.1  差分对串电阻和共模电感问题

差分线中串电阻实际上造成了阻抗的不连续，由于阻值很小（通常用5.1Ω），对波形畸变影响也小，所以难以确定在某个频点上有确定性的改善。仿真与实际测试均说明此电阻对EMC无明显贡献，因此不建议使用。

差分线串共模电感时，实际上也有负面作用，只不过通常情况下正面作用大于负面作用，故在成本可以接受的情况下可以采用。

3.2.2  差分走线的共模阻抗要求

HDMI差分线的共模阻抗如果能与HDMI电缆、主板接收端IC的共模阻抗进行匹配，那么整机的EMC将会得到改善，因为HDMI线材、HDMI接收端芯片其共模阻抗是25Ω，考虑到MHL要求30Ω的中心值，故可以将PCB走线的共模阻抗控制在25～35Ω之间。

四层板的共模阻抗要求必须控制，两层板考虑到PCB实施的难度，暂不作要求。

HDMI差分走线到HDMI端口应尽量短。

4  其他常规要求

（1）滤波电容的地尽量靠近IC引脚。

（2）不能多个滤波电容共用一个过孔，至少一配一（能多放更好），且过孔尽量靠近电容脚。

（3）滤波电容不能远离IC，特别是小容量电容，远了就失去其应有作用。

（4）晶振电路的设计：晶振正常波形为正弦波，但设计不合理时，会产生波形畸变，导致电流突变引起EMC干扰。

（5）伴音功放输出端子的线路设计：功放的伴音输出插座应靠近功放板边就近放置，如图7所示。

如果远离功放放置，必须靠近插座预留电容位置（容量0.1μF左右）。

5  结  论

EMC是一个系统工程，对于LCD电视机的机芯EMC设计，本文只描述出部分设计要求，主要是减少干扰源，使干扰值达到要求，从而满足设计要求。

参考文献：

[1] 杨继深.电磁兼容（EMC）技术之产品研发及认证 [M].北京：电子工业出版社，2014.

[2] 郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析：第2版 [M].北京：电子工业出版社，2010.

作者简介：徐永桥（1979-），男，汉族，广东惠州人，中级工程师，本科，研究方向：电磁兼容。