一, Стандарты промышленных испытаний на ЭМС и основные требования
Испытания промышленного оборудования на ЭМС должны соответствовать трехуровневой-системе Международной электротехнической комиссии (МЭК), европейским стандартам (EN) и национальным стандартам Китая (GB). Основные элементы тестирования включают в себя:
Излучение (RE): Испытательная частота охватывает диапазон от 30 МГц до 1 ГГц, и оборудование должно принимать интенсивность электромагнитного поля менее или равную 40 дБ мкВ/м (расстояние 10 м) через антенну в безэховой камере. Тактовый сигнал и его гармоники неработающего кода ЖК-дисплея являются основными источниками излучения, и если их конструкция не оптимизирована, они склонны превышать стандарт.
Кондуктивные помехи (CE): тестовая частота находится в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц, а напряжение помех в линии электропередачи измеряется с помощью сети стабилизации импеданса линии (LISN). Если модуль питания отключенного ЖК-дисплея не имеет конструкции фильтрации, высокочастотный шум-может передаваться в электросеть через линию электропередачи, влияя на другие устройства.
Электростатический разряд (ESD): В соответствии со стандартом IEC 61000-4-2 применяйте контактный разряд ± 8 кВ и воздушный разряд ± 15 кВ на корпусе и интерфейсе оборудования. Если сенсорная панель или интерфейс отключенного ЖК-дисплея не защищены, электростатический разряд может привести к неисправности дисплея или повреждению цепи.
Устойчивость к перенапряжению (SURGE): имитируйте удары молнии или сильноточные коммутационные воздействия, чтобы проверить способность оборудования выдерживать перенапряжения. В промышленных условиях ЖК-дисплей с поврежденным кодом должен выдерживать скачок напряжения не менее ± 2 кВ.
2. Анализ источников электромагнитных помех в ЖК-дисплее с неработающим кодом
Проблема ЭМС с неработающим кодом ЖК-дисплея в основном связана со следующими аспектами:
Гармоники тактового сигнала. Схема управления ЖК-дисплея с неработающим кодом обычно использует высокочастотный-синхронизирующий сигнал (например, 15 МГц), который генерирует несколько гармоник (например, 150 МГц и 300 МГц) после разложения в ряд Фурье. Если тактовый сигнал не фильтруется и не экранируется, гармоники могут излучаться в пространство через проводку или разъемы печатной платы, что приводит к превышению стандарта RE.
Шум источника питания. Если в модуле питания отключенного ЖК-дисплея не используется фильтр типа π - или синфазный индуктор, высокочастотный шум импульсного источника питания (например, от 100 кГц до 1 МГц) может передаваться в электросеть через линию электропередачи, вызывая проблемы с CE.
Соединение интерфейса: если сигнальный интерфейс отключенного ЖК-дисплея (например, SPI, I2C) не использует оптоэлектронную или магнитную изоляцию, внешние помехи могут попасть в схему драйвера через сигнальную линию, что приведет к ненормальному отображению.
Дефекты компоновки печатной платы. Если высокоскоростные сигнальные линии (например, линии синхронизации) не проложены дифференциально или цифровая и аналоговая земля не изолированы магнитными шариками, это может привести к образованию помех в контуре заземления и снижению устойчивости к электростатическому разряду.
3, система технологии защиты ЭМС для ЖК-дисплея со сломанным кодом
В ответ на вышеупомянутые источники помех система защиты ЖК-дисплея со сломанными кодами должна быть построена с учетом трех аспектов: выбора материала, структурного проектирования и оптимизации схемы.
1. Оптимизация материалов и конструкции.
Проводящее покрытие: распылите проводящий слой ITO на поверхность экрана дисплея, чтобы контролировать поверхностное сопротивление в диапазоне 10 ⁶ -10 ⁹ Ом/кв., что может быстро снимать статическое электричество и повышать устойчивость к электростатическому разряду до ± 8 кВ.
Конструкция экранирующего покрытия. Добавьте экранирующие покрытия из медной фольги в ключевые области печатной платы, такие как микросхемы драйверов и схемы синхронизации, и соедините их с землей через переходные отверстия, чтобы уменьшить влияние ближнего-полевого поля. Благодаря этой конструкции определенный промышленный датчик давления снижает интенсивность излучения на частоте 300 МГц на 15 дБ.
Экранирование кабеля: В сигнальных линиях и линиях электропередачи используются экранированные витые пары, экранирующий слой заделывается на 360 градусов по отношению к корпусу разъема для уменьшения синфазного излучения. Благодаря этому усовершенствованию определенный промышленный сервопривод снизил кондуктивные помехи на 10 дБ.
2. Проект оптимизации схемы
Фильтрация мощности: добавьте фильтр типа π - к входной клемме питания со значениями индуктивности в диапазоне от 100 мкГн до 1 мГн и значениями емкости в диапазоне от 0,1 мкФ до 10 мкФ для подавления дифференциальных и синфазных шумов. Благодаря этой конструкции определенный промышленный датчик снижает напряжение помех на стороне источника питания ниже предельного значения.
Фильтрация сигнала. Добавьте RC-фильтр нижних-низких частот к входу аналогового сигнала с частотой среза, установленной в 1,5 раза больше ширины полосы сигнала, чтобы уменьшить высокочастотный-шум. Определенное медицинское устройство использует эту технологию для уменьшения излучения сигнальной линии на 8 дБ.
Обработка тактового сигнала: увеличьте время нарастания тактового сигнала и уменьшите амплитуду его высокочастотных гармоник; Или уменьшите тактовую частоту (например, с 15 МГц до 8 МГц) и переместите точки частоты гармоник за пределы тестового диапазона частот. Определенная одиночная панель снижает значение излучения 150 МГц до 1/20 за счет конструкции снижения частоты.
3. Оптимизация заземления и планировки
Одноточечное заземление: в низкочастотных-цепях (<1MHz), a star shaped grounding structure is used, where the digital ground and analog ground are connected at a single point through magnetic beads to avoid ground potential differences. A certain industrial controller has reduced ground bounce noise to 2mV through this design.
Многослойная конструкция печатной платы. В четырехслойной печатной плате установлены независимые слои и силовые слои, а межслоевые соединения осуществляются через переходные отверстия для уменьшения электромагнитной связи. Благодаря такой схеме определенное железнодорожное транспортное оборудование снижает уровень радиации на 12 дБ.
Чувствительная изоляция модулей. Разделите схему аналоговых, цифровых и силовых цепей на зоны и установите между зонами изолирующие полосы, чтобы уменьшить перекрестные помехи сигналов. Благодаря этой конструкции определенный интеллектуальный счетчик снизил частоту отказов от электростатического разряда на 90%.
4. Отраслевая практика и анализ случаев
Случай 1: Устранение чрезмерного излучения от промышленных датчиков давления
Определенный промышленный датчик давления превысил стандарт на 10 дБ в частотной точке 300 МГц, и это было исправлено с помощью следующих мер:
Добавьте защитную крышку на печатную плату, чтобы закрыть модули АЦП и MCU, увеличив эффективность экранирования на 15 дБ;
Замените силовые и сигнальные линии на экранированные витые пары. После заземления экранирующего слоя интенсивность излучения снижается на 8дБ;
Оптимизируйте проводку печатной платы, сократите длину линии высокочастотного сигнала и уменьшите дифференциальное излучение на 5 дБ.
Наконец, устройство прошло испытание на излучение по стандарту IEC 61000-4-3.
Случай 2: Устранение недостаточной устойчивости промышленных датчиков к электростатическому разряду
В одном промышленном датчике возникли функциональные отклонения во время испытания на контактный разряд ± 8 кВ. К корректирующим мерам относятся:
Добавьте проводящие резиновые прокладки по швам корпуса, чтобы повысить эффективность экранирования до 50 дБ;
Добавьте матрицу TVS-диодов на клемму входного сигнала с напряжением фиксации менее или равным 6 В для эффективной защиты нисходящей цепи;
Оптимизируйте проводку печатной платы, увеличьте покрытие медной фольгой на уровне земли и уменьшите влияние электростатического разряда.
Наконец, устройство прошло ESD-тест IEC 61000-4-2.
