數字液晶電視機抗干擾的設計技巧

摘 要：科技的發展，使得電子產品和人們的生活信息相關，改善著人們的生活。電子產品在工作的時候，一般都需要電源并且其內部DSP要完成各種功能的實現，這樣就會產生各種各樣的電磁輻射和干擾，同時受到其他電子產品的影響。要使得電子產品穩定可靠的工作，設計之初就必須重視電磁兼容的問題，包括電磁抗干擾。通過對數字液晶電視機的電磁抗干擾現象的具體設計改進和分析，針對性的在PCB LAYOUT、電路改進、元器件的使用、增強接地和屏蔽措施，有效的提升了系統對電磁干擾的承受，滿足銷往目的地的標準。

關鍵詞：電磁兼容EMC；電磁抗干擾EMS；天線端屏蔽效能；電磁場抗擾度

中圖分類號：TN948.55 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-03

科技的發展，極大的改善了人們的生活質量和方式。尤其是近20年來，電子技術的高速發展，手機、電腦、電視等電子產品已經和人們的生活緊密的聯系在一起，是日常生活不可分割的一部分。然而，電子產品工作時，一方面會對生活環境中的其它電器產生干擾，所以要限制其干擾的強度，不會超過其它電器的抗干擾能力；另一方面，要求檢驗其在電磁環境中的適應能力，使得電子產品與其他設備聯系在一起的時候，不會引起該產品、設備任何部分的工作性能下降和惡化，尤其是對人體健康造成危害。

電磁兼容（Electromagnetic Compatibility），簡寫為Emc，其定義并非指電與磁之間的兼容，國際電工委員會（IEC）對EMC的定義是：指在不損害信號所含信息的條件下，信號和干擾能夠共存。電磁兼容（EMC）是對電子產品在電磁場方面干擾大小（EMI）和抗干擾能力（EMS）的綜合評定，是產品質量最重要的指標之一，電磁兼容的測量由測試場地和測試儀器組成。

電視尤其是液晶電視，正逐步成為家庭不可或缺的配置。據統計，2013年，中國大陸生產的彩電產量占全球的30%以上，而出口的彩電占國內總產量的60%以上，是國家重點支持項目。隨著國家“十二五”戰略啟動，中國彩電行業已進入深度結構調整的新一輪景氣周期，將繼續快速穩健發展。歐洲，是中國彩電最重要的出口地區，目前歐洲已經在全面轉數字電視并逐漸推廣高清電視。而為了解碼高清節目，電視機工作頻率越來越高，機內同時存在大量的DC/DC、開關電源模塊、高速數據處理器（DSP）、高速內存DD3、高清數字電視輸入接口，處理不當會導致系統不正常工作，導致影響最終的觀看效果。

EN 55020標準是歐盟針對音視頻產品對抗干擾部分的測試，屬于強制要求。目的是讓產品在工作時不會因為其它設備的電磁騷擾而影響其正常工作。對于EMC和EMS的處理，要求從源頭的設計就充分考慮，下面就歐洲的高清數字液晶電視機為例進行重點闡述：

一、高清數字液晶電視機的架構

對于高清液晶電視機，其大體是由解碼板、電源板、面板（及電路）等電路模塊構成。其通過TUNER端子收取當地的電視信號或者通過各種輸入端子接入信號經過解調和解碼芯片（DSP）的處理，解碼出音視頻的信號，并用LVDS或者V-BYE-ONE格式輸出到液晶顯示屏進行圖像顯示和聲音播放。其框圖見圖1：

圖1 高清液晶電視機框圖

二、高清數字液晶電視機目前所執行的電磁抗干擾標準

高清液晶電視機在歐共體需要符合的標準是：EN55020[1]：《聲音和電視廣播接收機及有關設備抗干擾特性限值和測試方法》。EN 55020中的EMS電磁抗干擾（Electro Magnetic Susceptibility）：是指在一定環境中機器設備和系統具有對所在環境中存在的電磁干擾有一定程度的抗擾度的能力，即電磁敏感性。EMS又包括靜電抗干擾ESD，射頻抗擾度RS，電快速瞬變脈沖群抗擾度EFT，浪涌抗擾度Surge，電壓暫降抗擾度Voltage DIP and Interrupt等相關項目。

三、按照預期符合歐共體EN55020標準要求在設計時的重點

《聲音和電視廣播接收機及有關設備抗干擾特性限值和測試方法》的現行標準編號為EN55020：2002+A1：2003+A2：2005+IS1：2007+IS2：2007。EN55020主要是針對視聽產品和類似設備對電磁能的抗干擾的能力，保障電子產品不受其他產品產生的電磁能量影響并正常工作。其測試代號和項目有抗靜電實驗（ESD）、電快速瞬變（EFT）和S1---S5。S1---S5的定義如下表1：

表1 EN55020測試代號和項目

測試代號測試項目

S1天線輸入端差模電壓抗干擾

S2a射頻電壓抗干擾

S2b天線輸入端射頻電流抗干擾

S3輻射抗干擾

S4天線端的屏蔽效能

S5脈沖調制波抗干擾

在實際設計和測試的過程中，比較困擾的是經常發現S4和S5不能過，下面就這兩個項目結合實際生產的機型進行詳細的探討：

（一）天線端的屏蔽效能S4

1.對S4的描述和測試標準

該項測試是評價受試設備天線端的屏蔽效能。接收機天線端屏蔽效果是由天線連接器、內部調諧器電纜和調諧器的帶內信號泄漏所引起的天線電纜中的共模電流[2]給出的。干擾信號的施加是通過吸收鉗對天線的屏蔽層與有用信號同時加入被測產品的。更具體的講，是入射到屏蔽層的電磁場幅度與穿透屏蔽層傳輸的電磁場幅度之比。EN 55020對地面電視接收機的屏蔽效能的限值為50dB。

2.屏蔽效能S4的測試數據

下圖2是一款高清液晶電視機在標準實驗室測試的數據，從測試結果看，高頻段都沒有通過測試，需要至少6dB的屏蔽增強改進。

圖2 高清液晶電視機S4的測試數據

3.對S4測試數據的分析

所有的思路都是朝同一個方向：屏蔽越好，性能越好。被測設備連接到信號發生器，但不接電源，所以該測試項目與高頻頭內部IC、軟件無任何關系，只與高頻頭插座的屏蔽有關，整改思路不能偏離。現設計的電視產品高頻頭一般都采取on board的做法，高頻頭IC直接貼在板上。針對這類設計，采取以下方法能有效解決：

4.對高清數字液晶電視機設計的改進

（1）屏蔽殼的設計改進

最有效的方法是改進屏蔽殼的密閉性[3]，是輸入電纜的屏蔽層與機頂盒的屏蔽殼緊密相連，同時保證屏蔽殼是一個完整的密閉體。然而實際操作來說，對于硅高頻頭ON BOARD設計，鑒于成本的設計，只能盡量接近理想的要求，具體如下：

插頭與屏蔽罩的連接處需要加焊錫。圖3左邊效果不好，要采用右邊方法；

屏蔽罩與PCB板的接觸面積需要盡量大，把點改為面，如圖4右邊的屏蔽罩，這一步很重要；

插頭與屏蔽罩的連接處需要和PCB良好的接觸。

圖3 屏蔽殼針對機頂盒S4測試數據的改進 圖4 屏蔽殼針對機頂盒S4測試數據的改進

（2）PCB布線的改進

將射頻輸入線與敷地之間的間隔加大[4]，至少有1mm的間隔，這樣可以減少射頻先與地線之間的耦合，因為地線與屏蔽殼是連在一起的，因此可能會導致信號線中的干擾信號向外輻射；

配合屏蔽殼的設計更改后更改PCB設計；

具體要更改的地方如下圖5所示：

圖5 PCB LAYOUT針對機頂盒S4測試數據的改進

經過上述的更改，高清液晶電視機順利地通過了測試，并且有10dB的余量。

（二）脈沖調制波抗干擾S5

1.對S5的描述和標準

脈沖調制干擾波900MHz，是評價產品對GSM移動電話脈沖信號的抗干擾能力。

將電視放置在電波暗室的測度平臺中。電視的信號從桌子下方的接入，使用的屏蔽線需采用高質量的同軸電纜。干擾天線放在電波暗室的另一端，距離產品3M遠。干擾天線分垂直和水平方向，每個天線方向又要對應產品前后左右四個方向。測試時采用監控錄像機對產品監控。

如下為測試要求，在790-862MHz帶寬內，施加每3V/mAM干擾信號，干擾信號為1kHz，80%depth，在這個信號帶寬內一共有9個頻道分別要測試，這些頻點為794MHz、802MHz、810MHz、818MHz、826MHz、834MHz、842MHz、850MHz、858MHz，每次只測試一個頻點，當干擾信號頻率到其中一個頻點±0.5MHz時，干擾信號變化為1V/m AM：1kHz，80%depth。

測試要求產品在整個干擾施加期間，畫面沒有馬賽克，聲音圖像一切正常才為合格。

2.脈沖調制波抗干擾S5的測試數據

測試失敗的數據見圖6，整改測試合格的數據見圖7。

圖6 脈沖調制波抗干擾S5測試失敗數據

圖7 脈沖調制波抗干擾S5測試合格數據

3.對S5的描述和標準

當施加干擾信號后，在整個暗波室都充滿了干擾信號，要從傳導和空間耦合上同時防止干擾引入。

傳導防止法：電視機金屬外殼、鏍絲、解碼板上的銅皮等像“天線”一樣接收干擾信號，影響了電視機對正常信號的接收，從而導致馬賽克，聲音圖像停頓，所以要減小高頻頭與“天線”接觸，整個高頻頭越小，所引入干擾就越小。不要在高頻頭外圍放在導電的物料。在S4的整改中，為了得到更好的地線屏蔽，都會在高頻頭下方放置導電泡棉，但這樣在S5測試項目中卻會引入干擾，該方法不可取。正確的做法是高頻頭與PCB采取完會密封的接觸，如圖五右邊的做法。

空間耦合防止法：高頻頭板底不要放圍任何信號走線[5]，要求高頻頭板底為一塊完整銅皮，這樣能防止干擾信號從板底信號線引入。

四、結束語

EN55020與一般的電磁兼容抗干擾標準不同，在這個標準中不是采用常用的四個性能判據來判定產品的抗干擾特性，而是引入信噪比作為性能判定依據。S1，S2，S3，S5的測試都是先讓受試設備在正常工作條件下獲得一個參考的信噪比，然后注入干擾信號取代有用信號并調節干擾信號的電平使達到參考的信噪比，此時的干擾信號電平即為抗擾度電平。理解EN55020測試的關鍵就在于理解各項抗干擾測試的評定方法。另外，在測試中還要注意區分不同測試之間干擾信號的頻率范圍。

現實中，我們通過以上對電路和器件的設計更改，數字液晶電視機的電磁抗干擾性能滿足所銷往目的國的電磁兼容標準要求。實際上，經過以上抑制電磁抗干擾的設計，提高了數字液晶電視機抗接受信號的靈敏度并保證信號輸出的質量。實踐證明，產品設計前期進行良好的策劃是保證產品設計快速成功的基礎，所以要總結經驗，避免重復的更改。對于電磁兼容的討論和規則運用要不停的結合實際情況不斷的學習和探索下去。

參考文獻：

[1]The European Standard EN 55020.Sound and television broadcast receivers and associated equipment–Immunity characteristics–Limits and methods of measurement[S].

[2]高攸綱，石丹.電磁兼容總論（第2版）[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

[3]朱文立.電磁兼容設計與整改對策及案例分析[M].北京：電子工業出版社，2012.

[4]姜付鵬.電磁兼容的電路板設計[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5]王劍宇，蘇穎.高速電路設計實踐[M].北京：電子工業出版社，2010.

[作者簡介]何勝斌（1972-），男，江西宜春人，中級工程師，天津大學畢業，本科，研究方向：電子技術；張嘉亮（1980-），男，廣東惠州人，本科，研究方向：電子技術；蒲峰（1979-），男，湖北利川人，湖北大學畢業，本科，研究方向：電磁兼容。