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摘要:隨著電子科技技術(shù)的進(jìn)步及更新,傳統(tǒng)意義上機(jī)械式操作的汽車音響,空調(diào),儀表已經(jīng)被越來越多的電子化產(chǎn)品所覆蓋。在不斷的電子技術(shù)變更過程中,對于各種電控產(chǎn)品的EMC要求也不斷提高?;诖吮疚膶τ谄囈繇懀瑑x表等有TFT顯示部分EMC的防護(hù)措施進(jìn)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(tǒng)設(shè)計理念。提高汽車座艙控制系統(tǒng)的抗干擾能力及防護(hù)能力。
關(guān)鍵詞:EMC防護(hù)汽車音響顯示屏特點
1引言
目前的汽車類電子正處高速發(fā)展并轉(zhuǎn)型的階段,主要是往共享,互聯(lián),智能,電動化方向發(fā)展。汽車音響等電子類產(chǎn)品是整車娛樂系統(tǒng)的核心部件,傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸式電子按鍵,以收音機(jī)功能為主體的人機(jī)溝通界面變成以導(dǎo)航,整車信息為主的操作界面,所以針對越來越多的技術(shù)變更,如何使眾多的電子器件在汽車座艙內(nèi)安全的,穩(wěn)定的工作是汽車行業(yè)需要關(guān)注的重要問題。
2emc的特點
電磁兼容技術(shù)(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(tǒng)不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾,工作在指定環(huán)境中的穩(wěn)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(shè)備(系統(tǒng),分系統(tǒng),甚至包含生物體)可以共存并不會引起降級的一門科學(xué)。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(xiàn)象,產(chǎn)生的方式有很多種,比如:接觸,摩擦,電氣感應(yīng)等。在汽車座艙內(nèi)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(fā)損傷和潛在性損傷兩種,突發(fā)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(tài)不穩(wěn)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(fā)射到空中,或者以電磁波形式在空間傳播對周邊產(chǎn)品的影響。輻射超標(biāo)會對周圍的裝置,設(shè)備或系統(tǒng)性能降低,干擾信息技術(shù)設(shè)備或其他電子產(chǎn)品的正常工作,并且會對人體造成一定的危害。CE:傳導(dǎo)發(fā)射是指電氣和電子設(shè)備在工作時候產(chǎn)生的電磁干擾。主要是設(shè)備在工作的過程中其內(nèi)部的各種控制芯片,解碼芯片以及開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)性干擾,干擾會沿著電源線,地線以及信號線進(jìn)行傳輸影響外部工作的儀器及設(shè)備。RI:電磁場抗干擾度主要是設(shè)備抵抗外部空間發(fā)射的電磁干擾,例如:電臺廣播,發(fā)射機(jī)站,各種工業(yè)電磁源等設(shè)備產(chǎn)生的空間電磁波和輻射干擾.對主要設(shè)備進(jìn)行干擾。輻射的超標(biāo)會對主要設(shè)備造成性能及功能可恢復(fù)的故障,更加嚴(yán)重的會造成損壞性的故障現(xiàn)象。
3EMC對汽車音響顯示屏設(shè)計的意義
我國汽車音響事業(yè)與國外發(fā)達(dá)國家比較,雖然起步比較晚,但是經(jīng)過近30年的發(fā)展,從成功引用先進(jìn)的研發(fā)技術(shù),平臺設(shè)計理念,到成為全球概念研發(fā)的前沿,經(jīng)歷了跨時代的華麗轉(zhuǎn)身。隨著5G技術(shù)的普及,汽車音響會向更全面更高的方向發(fā)展?,F(xiàn)階段的汽車音響運(yùn)用越來越多的數(shù)字化的元件,例如數(shù)字調(diào)諧器,ARM,EMMC,DDR等,并且有獨(dú)立的操作系統(tǒng),也可以安裝各種類型的APP,相當(dāng)于MINI版本的電腦。目前的汽車音響需要顯示導(dǎo)航信息,整車狀態(tài)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(shù)字電路工作的環(huán)境下,為了保證顯示屏可以正常的工作,必須在產(chǎn)品設(shè)計的過程中,引入EMC的設(shè)計理念,用于改善由需求造成的設(shè)計隱患。利用成熟的EMC設(shè)計理念可以使顯示屏部分的穩(wěn)定性提高;在產(chǎn)品原理圖繪制,LAYOUT線路布局的階段利用經(jīng)驗共享方式節(jié)省開發(fā)時間;運(yùn)用較少的成本使系統(tǒng)更加穩(wěn)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(fā)展方向及市場空間。使得整車空間設(shè)計有多種的選擇,同時也為汽車行業(yè)的發(fā)展提供更多革新思路。
4以EMC設(shè)計為基礎(chǔ)的汽車音響顯
示屏系統(tǒng)設(shè)計主要模式汽車音響顯示屏部分是相對復(fù)雜的一個系統(tǒng),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(fā)平面內(nèi),只能通過結(jié)構(gòu)部件將其聯(lián)系到一起,EMC設(shè)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(wěn)定性。汽車音響系統(tǒng)分為顯示屏系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)兩部分,而將兩個系統(tǒng)串聯(lián)到一起的方式有很多種,板對板插連,F(xiàn)FC/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(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)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(chǎn)生隱患,EMC設(shè)計需要降低各類實驗的風(fēng)險限值,使產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下的保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
4.1觸摸屏EMC設(shè)計要求
觸摸屏是汽車音響顯示屏對外環(huán)境的第一層,主要考慮的是ESD/RE的防護(hù)方式。電路設(shè)計方案分為COF和COB兩種,結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(tài),出現(xiàn)觸屏無作用的現(xiàn)象。EMC設(shè)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(tǒng)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(shè)計方案還需要在觸摸芯片的底層做一個SUS的鋼化補(bǔ)強(qiáng)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(shè)計方案,負(fù)責(zé)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?dāng)_。
4.2顯示屏EMC設(shè)計要求
顯示屏是汽車音響的主要部件,也是反應(yīng)整個音響系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定的直觀部件。主要考慮的是ESD/RE兩種防護(hù)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(shè)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(dǎo)致靜電亂走,會導(dǎo)致顯示抖屏,顯示黑屏,顯示亂碼等現(xiàn)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(shù)是一種常用的無線電通訊技術(shù),分為跳頻技術(shù)和直接序列兩種方式,汽車音響顯示屏常用跳頻技術(shù),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(qiáng),會產(chǎn)生空間電磁干擾,時鐘信號奇數(shù)倍頻點也會有較強(qiáng)的干擾,展頻技術(shù)是通過削波的方式降低脈沖所產(chǎn)生的電磁干擾,使峰值點的電磁強(qiáng)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(dá)到高頻限號都可以傳遞至負(fù)載點的目的,并且不會有信號反射回源點。信號源內(nèi)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(fù)載阻抗的大小相等。顯示屏LVDS通訊信號到主機(jī)顯示處理芯片之間的載體過多,載體材質(zhì)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(biāo)的現(xiàn)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(qiáng)度,防止信號反射的作用。鏡像地在汽車音響顯示屏部分運(yùn)用方式很多,運(yùn)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(dǎo)電棉做鏡像地等等。
4.3LAYOUTEMC設(shè)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(guān)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(huán)節(jié),EMC測試內(nèi)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(nèi)容外,還需要注意對部分輻射干擾強(qiáng)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(qiáng)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(nèi)部電磁場強(qiáng)度低于允許的一種措施。
4.4連接部件設(shè)計要求
在對通訊連接部分設(shè)計的過程中,應(yīng)盡量避免通訊信號及通訊芯片暴漏在外界,在連接設(shè)備的外部添加一層和兩個系統(tǒng)同地的屏蔽層,可以有效的屏蔽干擾信號的空間傳輸,相當(dāng)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(nèi)部電路和內(nèi)部電路對外的影響,增加產(chǎn)品在RE實驗RI實驗以及ESD實驗的通過率。
5結(jié)語
綜上所述,EMC防護(hù)在汽車音響顯示系統(tǒng)設(shè)計過程中,針對不同功能組件進(jìn)行輔助設(shè)計以及模塊化設(shè)計,使前屏系統(tǒng)設(shè)計符合各種苛刻測試需求。利用平臺化EMC設(shè)計數(shù)據(jù)的精確性,可以廣泛的應(yīng)用到汽車各個零部件的設(shè)計中。通過對EMC防護(hù)在汽車音響顯示屏上的成功應(yīng)用,能夠說明EMC防護(hù)可以在汽車座艙控制系統(tǒng)中有著重要的作用,可以使汽車上各種的電氣設(shè)備(系統(tǒng),分系統(tǒng),甚至包含生物體)共存并且不會引起功能及性能損耗。
作者:林琦 單位:江蘇天寶汽車電子有限公司