車載雙聯屏產品的EMC風險評估

岳鋼

摘 要：為應對智能座艙產品豐富的人機界面，車載雙聯屏越來越成為SUV車輛的標配產品，在享受新技術帶來便利的同時，如何提高車載雙聯屏產品的EMC性能也成為很多汽車行業內EMC工程師需要面對的新問題。本文結合車載雙聯屏產品的設計特點提出了一些EMC設計風險的分析方向。

關鍵詞：車載雙聯屏 EMC設計風險分析

從特斯拉使用大屏顯示后，汽車內飾顯示就開啟了大屏時代，各大汽車公司都在開發自己的大屏車型，為汽車內飾提供了更多的科技感和現代感。尤其是近些年，整車設計引入了智能座艙設計理論，為了應對智能座艙豐富的人機界面，中控大屏和全液晶儀表顯示也逐漸成為一種車載標配產品，其中SUV車型更是引領潮流的優先使用了雙聯屏和曲面屏等新型產品，當大屏顯示器給我們行車帶來便利的同時，其EMC性能也引來了眾多電子工程師的關注，如何能夠交付給車企合格滿意的產品也成為了大家共同努力的目標，下面就以雙聯屏為例，和大家分享一些雙聯屏產品的EMC風險評估方案。

1 雙聯屏液晶顯示器的系統架構特點

圖1是一種典型的雙聯屏顯示方案的系統架構圖，從該圖中可以看到大屏顯示的畫面主要從車載主機中得到，該方案一方面可以降低屏幕的MCU配置，達到降本的目的，另一方面在多個車型上可以實現主機共用，從而達到平臺開發的目的。

2 雙聯屏顯示器的結構特點

圖2是典型的雙聯屏產品的結構設計框架，液晶屏模組與PCB之間通過FPC相連，由于顯示屏輕薄的設計方案，在液晶模組和PCB之間往往無金屬部件遮擋，所以FPC上面的干擾信號極易從產品側面泄露。另外，大屏的液晶設計也會造成靜電電荷不能夠快速的泄放，從而容易出現靜電失效問題。

3 車載雙聯屏顯示器的EMC風險分析

EMC問題除了與電子設計有直接關系外，與產品的PCB設計、結構設計也有很密切的關系，基于雙聯屏產品的設計特點，雙聯屏產品的EMC風險分析與評估可以從下面幾個地方入手：

3.1 產品的背光電源

雙聯屏產品背光電源通常是采用DC-DC升壓電路，DC-DC升壓芯片的工作頻率一般為100kHz～2MHz，因此該電路中的dv/dt和di/dt變化比較大，很容易在芯片內部的開關器件及芯片輸出端產生較大的過沖電壓和振鈴，由此帶來很強的EMI輻射。背光驅動的升壓電路是產品1GHz以下的主要騷擾源，如果設計不當極易在雙錐天線和對數周期天線的EMC測試中出現失效。

3.2 產品的接地設計

對于現在的雙聯屏產品，輕薄化已經成為一個趨勢，在保證產品美觀的同時如何提高產品的EMC性能，不光對電子設計提出了很高的要求，也對結構設計提出了更高的要求。從圖2的結構設計圖中可以看到在液晶模組與PCB之間需要絕緣支架對液晶模組進行固定，液晶屏與PCB之間的電氣連接除了FPC排線外只有PCB的固定螺絲，這樣的結構設計對于以前的小屏顯示器是可以滿足要求的，超過10寸的大屏顯示器，如果沒有足夠的泄放路徑，在液晶屏耦合到干擾能量時極易出現亮線、白斑等異常現象，因此進行大屏顯示器的結構設計時，液晶模組與PCB之間除了必要的螺絲進行電氣連接外，還要增加金屬彈片或導電泡棉等泄放路徑，這樣可以保證液晶屏在受到外界干擾后能夠將干擾能量快速的通過多種途徑泄放到PCB上。當干擾能量傳導到PCB上以后，如果沒有足夠的地平面來吸收無用的干擾信號，那么這些干擾信號很有可能影響PCB上的LVDS電路和背光電路，導致產品出現閃屏或黑屏現象，這時可以將產品的金屬支架作為一個大的地平面來對干擾信號進行吸收，可以通過在PCB與金屬支架之間增加金屬彈片和導電泡棉的設計來增加地的面積，從而提高產品的干擾能力。

3.3 產品的LVDS模塊設計

產品的所有視頻信號和控制信號都是通過LVDS從主機傳給雙聯屏產品，LVDS信號的傳輸速率比較高，如果不對LVDS信號的電路設計和PCB進行嚴格控制，很容易造成產品的EMI和EMS測試失效。LVDS信號的電壓擺幅只有350mV，適用于電流驅動的差分信號工作方式，因此LVDS信號的PCB走線要嚴格遵守差分阻抗（100±10）歐姆的要求。另外為了防止過長的走線導致信號劣化，在進行布局時要優先將LVDS芯片盡量布置在LVDS端口附近，這樣可以保證LVDS的輸入線路最短，降低信號被干擾的概率。

3.4 液晶屏的靜電防護設計

大尺寸雙聯屏產品的靜電設計是EMC設計中的一個難點。由于大尺寸的液晶顯示屏驅動芯片不是安裝在玻璃基片上，而是通過引線連接到FPC排線上的液晶驅動芯片，過長的ITO玻璃電極導線很容易受到外界電場的直接干擾，當整個產品的泄放路徑設計的不好時，靜電測試中液晶屏極易出現亮線、白斑等異常現象。當出現該現象時，一方面要調整雙聯屏整體設計方案，使耦合在液晶模組上的靜電干擾能夠迅速的通過液晶模組與PCB之間的固定螺絲和導電泡棉傳導到PCB上，降低靜電對液晶模組的影響;另一方面，需要液晶屏供應商改善液晶屏內的回流路徑，防止靜電能量影響屏內的芯片。在大尺寸雙聯屏產品進行靜電測試時也會出現電容觸摸屏誤觸發現象，當出現該現象時一方面可以通過調節觸摸屏觸摸敏感度的門限值來改善誤觸現象的發生，另一方面也可以適當增加單位時間內的檢測次數來實現軟件的防錯設計，因為靜電的誤差現象都是瞬態干擾，在適當增加點觸位置的檢測次數后，可以降低誤觸現象發生的概率。在進行軟件調節時，也要以基礎的功能需求為前提，因為提高敏感度的門限值雖然可以改善靜電誤觸現象的發生，但是會降低點觸的敏感度，尤其是低溫調節下會進一步降低觸摸屏的反應速度，所以在進行軟件條件時需要與觸摸屏芯片供應商共同確定一個合適的門限值。

4 結語

對于大屏顯示器的開發還處于發展階段，后續會有更大、清晰度更高、更符合內飾美觀要求的曲面屏和異面屏的開發，我們要在其特有的電子和結構設計的基礎上進行詳細的風險評估與分析，這樣才能縮短產品的設計開發周期，提高產品的EMC一次通過率。

參考文獻：

[1]吳仁鋼，郭迪軍，李旭.《汽車液晶顯示屏的靜電防護技術研究》.

[2]鄭軍奇.《EMC 設計分析方法與風險評估技術》.