張德敬，吳 曉

（國(guó)家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015）

1 現(xiàn)階段彩電電磁兼容性能概況

彩色電視機(jī)是大眾化的產(chǎn)品，廣泛用于各行各業(yè)，也是目前家庭中必備的家電之一。作為最為貼近百姓的家電，質(zhì)檢總局對(duì)其非常重視，多次組織相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)彩電進(jìn)行質(zhì)量抽查。

表1列舉的是2006年至2010年歷次彩色電視機(jī)國(guó)家抽查的彩電不合格率與不合格項(xiàng)目，其中，2006年抽查的樣品為彩色顯像管（CRT）電視，其余年份抽查樣品均為液晶（LCD）電視。

表1 歷次國(guó)家抽查檢驗(yàn)結(jié)果

單就表1中所列的不合格率來(lái)看，近幾年彩色電視機(jī)的電磁兼容（EMC）性能并沒(méi)有得到改善，電磁兼容控制技術(shù)也沒(méi)有顯著提高，而如果放在全行業(yè)的歷史背景下，我們會(huì)得出相反的結(jié)論。

從最初的黑白電視機(jī)到如今的大屏幕彩色電視機(jī)，從只能收看幾套固定節(jié)目到目前可以通過(guò)電視機(jī)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，每一次電視技術(shù)的發(fā)展都伴隨著更為復(fù)雜的電磁噪聲出現(xiàn)。

最初的CRT電視，調(diào)諧器是電視內(nèi)部最主要的干擾源[1-2]。調(diào)諧器的本振及其諧波經(jīng)常造成產(chǎn)品的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)和天線端騷擾電壓測(cè)試不合格。而隨著科技的進(jìn)步，由調(diào)諧器引起的測(cè)試不合格情況已經(jīng)非常少見(jiàn)了。高頻率的時(shí)鐘電路以及一些大規(guī)模的數(shù)字集成電路成為了最大干擾源?，F(xiàn)在的電視機(jī)，不管是傳統(tǒng)的CRT電視，還是近年來(lái)流行的LCD電視，都應(yīng)用了大量的晶體振蕩器和集成電路，內(nèi)部的時(shí)鐘頻率都在幾十兆赫茲甚至上百兆赫茲。而隨著數(shù)字電視的普及，流媒體的應(yīng)用以及互聯(lián)網(wǎng)電視的出現(xiàn)，越來(lái)越多的多媒體新技術(shù)應(yīng)用于電視機(jī)，使得其內(nèi)部的時(shí)鐘頻率更是大幅提高，系統(tǒng)內(nèi)部的短線、機(jī)殼的散熱孔、機(jī)殼的縫隙，甚至是固定板卡用的螺釘與螺柱都有可能成為效率極高的發(fā)射天線，使產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。正是由于這些原因，GB 13837-2003在前一版本的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的修改，將天線端騷擾電壓測(cè)試范圍擴(kuò)展到30～2 150 MHz（前一版本測(cè)試范圍為30～1 000MHz），輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試則增加了30～1 000MHz除本振及其諧波外其他頻率的限值。

在這樣的歷史背景下，彩色電視機(jī)的電磁兼容性能并沒(méi)有隨著復(fù)雜的電磁噪聲而變得更惡劣，足可以說(shuō)明彩色電視機(jī)的電磁兼容抑制技術(shù)也在不斷提高當(dāng)中。

然而，不管是2010年8.7%的不合格率還是2009年3.4%的不合格率，都說(shuō)明目前仍然有部分企業(yè)沒(méi)有全面掌握EMC抑制技術(shù)，而使得所生產(chǎn)的產(chǎn)品不能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2 對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制措施

以液晶電視為代表的大屏幕電視，按傳播途徑分，其電磁干擾一般分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾[3-4]。

傳導(dǎo)干擾主要是指液晶電視所產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)電源線對(duì)電網(wǎng)的干擾，分為差模干擾和共模干擾。經(jīng)驗(yàn)表明， 在 0.15～30 MHz頻率范圍內(nèi)，0.15～1 MHz多為差模干擾，1～10 MHz多為差模干擾與共模干擾并存，10 MHz以上多為共模干擾。干擾源多是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管、開(kāi)關(guān)變壓器、輸出端整流二極管等，這些器件如果處理不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的傳導(dǎo)干擾，甚至是輻射干擾。

加裝電源濾波器是解決傳導(dǎo)干擾最為有效的手段之一。對(duì)應(yīng)于干擾類型，電源濾波器可分為共模濾波器和差模濾波器[5]。在實(shí)際電路中，共模濾波器一般由Y電容與共模電感組成串聯(lián)諧振電路，諧振頻率應(yīng)低于所需濾除干擾頻率的1/3～1/10。而差模濾波器多是由共模電感的漏感與X電容組成串聯(lián)諧振電路，該漏感的工程估值大約為共模電感的0.5%～1%，差模濾波器的諧振頻率應(yīng)低于10 kHz。為達(dá)到最佳的濾波效果，濾波器應(yīng)滿足阻抗最大失配原則，即若干擾源端為高阻抗，濾波器應(yīng)以低阻抗接入；若源端為低阻抗，濾波器應(yīng)以高阻抗接入。負(fù)載端同理。在開(kāi)關(guān)電源中，共模干擾多是由開(kāi)關(guān)管兩端電壓Uce（假設(shè)開(kāi)關(guān)管為晶體管）引起，其干擾源阻抗大小取決于開(kāi)關(guān)管“熱”點(diǎn)（C點(diǎn)）與參考地之間的阻抗，即開(kāi)關(guān)管與散熱片之間的容抗，典型值為30 pF～1 nF，在低頻段表現(xiàn)為kΩ級(jí)，也正是因此，共模干擾多出現(xiàn)在高頻段。而差模干擾多是由開(kāi)關(guān)電路初級(jí)側(cè)的d i/d t周期電流變化引起，由于開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的存在，該周期電流的高頻成分大部分被開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈衰減掉，故差模干擾多出現(xiàn)在低頻段。對(duì)于差模干擾，其源端阻抗取決于整流濾波電路中儲(chǔ)能用電解電容的等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR），在低頻時(shí)，主要是ESR（毫歐級(jí)）的影響。

濾波器的加入只是改變了干擾耦合通道的特性，而要想真正獲得良好的EMC特性，還需從減少干擾源的強(qiáng)度著手，常用的方法有以下兩種：

1）軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通/關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流和尖峰電壓，這是開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾及開(kāi)關(guān)損耗的主要原因。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是減小開(kāi)關(guān)器件損耗和改善開(kāi)關(guān)器件EMC特性的重要方法[5]。該技術(shù)主要是使開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管在零電壓、零電流時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換從而有效地抑制電磁干擾。

2）頻率抖動(dòng)技術(shù)

頻率抖動(dòng)技術(shù)就是將周期十分穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)信號(hào)變?yōu)橹芷诎匆欢ㄒ?guī)律變化的抖動(dòng)頻率信號(hào)，從而使干擾能量在較寬的頻譜上均分，進(jìn)而通過(guò)EMC測(cè)試。值得注意的是，它在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的干擾能量并沒(méi)有改變。

3 對(duì)輻射干擾的抑制措施

輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號(hào)耦合（干擾）到另一網(wǎng)絡(luò)，干擾是以空間電磁場(chǎng)的形式存在的。干擾源多是EUT內(nèi)部調(diào)諧器本振的基波和諧波、數(shù)字電路時(shí)鐘脈沖的基波和諧波以及開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)脈沖的高次諧波等。

在主流液晶電視中，多采用模塊化設(shè)計(jì)，一般分為開(kāi)關(guān)電源、主板、逆變電路、液晶屏、按鍵板等。

液晶屏全部為整體采購(gòu)，其EMC特性在出廠時(shí)已經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，無(wú)須整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)做過(guò)多考慮。而開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾多為傳導(dǎo)干擾或低頻段的輻射干擾，一般干擾頻率不會(huì)超過(guò)100 MHz，其抑制干擾措施已在上文中詳細(xì)介紹。

液晶電視的主板上既含有模擬電路，又含有數(shù)字電路，部分企業(yè)還將DC-DC逆變電路置于主板上。這就要求在元器件的布局上，要把模擬電路、數(shù)字電路和逆變電路這3部分合理的分開(kāi)，使相互間的信號(hào)無(wú)法耦合，尤其是3部分的電源和地，應(yīng)分別布設(shè)，以減低相互干擾。

3.1 由接地不當(dāng)引發(fā)的干擾

將模擬地與數(shù)字地分割開(kāi)，并在中間串顆磁珠是部分液晶電視無(wú)法達(dá)標(biāo)的一個(gè)原因，這種情況多發(fā)生在具有模數(shù)或者數(shù)模轉(zhuǎn)換的地方。事實(shí)上，由于集成電路管腳間分布電容的存在，高頻干擾電流通過(guò)分布電容在數(shù)字地和模擬地之間流動(dòng)，而并未經(jīng)過(guò)所串聯(lián)的磁珠。可見(jiàn)，在數(shù)字地與模擬地之間串聯(lián)磁珠并不能減小數(shù)字電路的噪聲向模擬電路傳輸，而且任何在數(shù)字地引腳處附加的外部阻抗都將引起較大的數(shù)字噪聲，然后大的數(shù)字噪聲通過(guò)分布電容耦合到模擬電路上。正確的做法應(yīng)該是將模擬地和數(shù)字地用最短的連線接到同一個(gè)低阻抗的接地平面上，例如應(yīng)用接地螺釘將模擬地和數(shù)字地接到同一低阻抗金屬板上。這樣可以使兩塊地之間電位相同，從而杜絕之間存在高頻電流流動(dòng)。

3.2 時(shí)鐘電路的EMC抑制措施

產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的晶振是主板上一個(gè)強(qiáng)的輻射發(fā)射源。事實(shí)上，晶振也分為有源晶振和無(wú)源晶振，無(wú)源晶振需外接起振電路才能工作，而有源晶振本身便可以起振。不管是有源晶振還是無(wú)源晶振，一般均封裝于金屬外殼內(nèi)。晶振內(nèi)部電路產(chǎn)生的RF電流可能會(huì)很大，以至于晶體的接地引線不能以很少的損耗充分地將比較大的干擾電流引到地平面，結(jié)果金屬外殼變成了單極天線，在其周邊形成一個(gè)輻射場(chǎng)。此時(shí)，若其周圍有印制電路板（PCB）布線或者懸空的螺釘?shù)绕骷?，干擾能量將通過(guò)容性或感性的方式耦合到這些器件上，當(dāng)器件長(zhǎng)度等于信號(hào)波長(zhǎng)的1/4或1/2時(shí)，這些干擾能量將最大程度的轉(zhuǎn)換成電磁場(chǎng)，形成輻射干擾。

基于上述原因，在PCB布板時(shí)，針對(duì)于晶振電路，應(yīng)做到：

1）晶振應(yīng)盡量遠(yuǎn)離接口電路,如串口、地址線、數(shù)據(jù)線等。

2）晶振不能放置在PCB邊緣。

3）晶振下面不要布線，晶振上面也不要有飛線。

4）晶振下方表層設(shè)置局部地平面（敷銅），并通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與地層相連。

上述措施不單單適用于晶振，同時(shí)適用于所有高頻器件。

3.3 調(diào)諧器布板時(shí)的基本原則

首先要將調(diào)諧器部分的地（即模擬地）與其他部分的地分開(kāi)鋪地。一定要將調(diào)諧器的金屬外殼與地連接起來(lái)，且連接點(diǎn)應(yīng)盡可能多。

3.4 信號(hào)環(huán)路對(duì)EMC特性的影響

在PCB板中，環(huán)路無(wú)處不在。任何一個(gè)信號(hào)的傳輸，均意味著一個(gè)電流環(huán)路的存在，所以，在多數(shù)設(shè)備中，主要的發(fā)射源是PCB上電路中流動(dòng)的電流，其中電流在傳遞路徑與返回路徑中形成的環(huán)路是PCB輻射發(fā)射的一個(gè)原因，而且，輻射能量的大小正比于環(huán)路面積。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)工程師，應(yīng)盡可能的減小信號(hào)環(huán)路面積。

值得警惕的是，在PCB中，有用信號(hào)流經(jīng)的差模環(huán)路多數(shù)情況下并不是造成輻射超標(biāo)的主要原因，還有另一種環(huán)路更值得關(guān)注，那就是共模信號(hào)環(huán)路。假設(shè)PCB的接地平面上有A，B兩點(diǎn)，且A，B兩點(diǎn)各自與接地參考平板之間存在著分布電容（CAG，CBG），就形成了A-BCBG-G-CAG-A這樣的環(huán)路。當(dāng)PCB地阻抗較大時(shí)，就會(huì)在A，B兩點(diǎn)間形成電壓差，從而在上述環(huán)路中形成共模電流，導(dǎo)致輻射超標(biāo)。采用金屬外殼以減小PCB地平面與參考接地平板之間的分布電容，或改變PCB地平面材質(zhì)以減小地阻抗均能改善共模環(huán)路引起的輻射超標(biāo)。

3.5 磁環(huán)的應(yīng)用

當(dāng)液晶電視的各個(gè)模塊均安裝就位，組成一臺(tái)成品電視后，針對(duì)各模塊間的互聯(lián)線，必要時(shí)均需要加一個(gè)磁環(huán)，以減小相互間的干擾，同時(shí)衰減由互聯(lián)線向外輻射的干擾能量。重點(diǎn)是按鍵板跟主板的連接線，因?yàn)榘存I板上不斷有數(shù)據(jù)變換（遙控接收頭），從而導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾。加磁環(huán)可以有效地屏蔽電磁干擾。

4 結(jié)論

經(jīng)驗(yàn)表明，電磁干擾的抑制成本在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段所需費(fèi)用是最低的，而后隨著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不斷深入，抑制成本也會(huì)成倍的增加。因此，需工程人員在設(shè)計(jì)之初便要考慮產(chǎn)品的EMC特性，針對(duì)容易造成EMC測(cè)試超標(biāo)的重點(diǎn)電路或器件采取抑制措施。

在國(guó)家抽查及日常的檢測(cè)活動(dòng)中，由開(kāi)關(guān)電源、晶振和PCB布線問(wèn)題引起的電視機(jī)EMC測(cè)試超標(biāo)占了相當(dāng)大的比重，因此對(duì)這些重點(diǎn)電路采取EMC抑制措施是很有必要的，這些措施包括但不僅限于本文所述內(nèi)容。

[1]鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]李舜陽(yáng)，丁少華.我國(guó)廣播電視接收機(jī)電磁兼容現(xiàn)狀及對(duì)策[J].電視技術(shù)，2002，26（7）：87-92.

[3]吳曉.淺析數(shù)字電視接收機(jī)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)[J].電視技術(shù)，2005，29（4）：43-45.

[4]劉萍，譚海峰，吳然，等.液晶顯示器的EMC分析與設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2003，27（3）：54-56.

[5]劉鳳君.現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.