吳康 朱良冬

摘 要 有屏消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，一方面朝向輕薄便攜，另一方面朝向高顯示質(zhì)量超大尺寸，這兩種發(fā)展朝向都會(huì)大大增加EMC工程師對(duì)產(chǎn)品EMI整改的難度。本文主要從4K分辨率75-120寸超大顯示產(chǎn)品的EMI常見(jiàn)問(wèn)題切入，給出應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題點(diǎn)并加以分析和解決。

關(guān)鍵詞 4K分辨率;超大尺寸;顯示產(chǎn)品;EMI整改

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平大大提高，居住環(huán)境相比過(guò)往有了很大改善，因此生活中對(duì)于顯示產(chǎn)品需求也在往高畫質(zhì)高分辨率，超大尺寸發(fā)展。而超大尺寸帶屏幕顯示產(chǎn)品意味需要高功率的開(kāi)關(guān)電源板，整機(jī)組裝存在更多長(zhǎng)信號(hào)排線去連接。

開(kāi)關(guān)電源板功率增加，使用元器件的功耗和轉(zhuǎn)換速率都會(huì)相應(yīng)增加，考慮到成本在板卡設(shè)計(jì)初就可能存在濾波線路設(shè)計(jì)不足，甚至缺少參考地。主板復(fù)雜的功能需要更多的芯片組去實(shí)現(xiàn)，主板上會(huì)存在更多時(shí)鐘信號(hào)走線。

本文基于實(shí)際工作測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，給出應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的部分，并對(duì)應(yīng)做出的對(duì)策，希望看到本文的EMC工程師獲得一些設(shè)計(jì)思路，在做超大尺寸顯示產(chǎn)品初期就能控制并杜絕隱患[1]。

1區(qū)別于典型測(cè)試布置方式

大屏幕產(chǎn)品的長(zhǎng)度會(huì)超過(guò)輻射場(chǎng)地轉(zhuǎn)盤直徑，因此區(qū)別于小尺寸的布置，根據(jù)需要制作非導(dǎo)電的支架，采用木質(zhì)支架臺(tái)，支架離地高度保持0.8m，端口外接纜線布置方式與法規(guī)要求保持一致，天線測(cè)試水平與垂直兩個(gè)極性，天線測(cè)試高度由1m升至4m。

2開(kāi)關(guān)電源部分問(wèn)題及整改

2.1 開(kāi)關(guān)電源板使用散熱器的問(wèn)題

大尺寸顯示產(chǎn)品由于屏幕尺寸及背光的要求，電源板功率通常會(huì)用到500W以上的設(shè)計(jì)，因此使用的開(kāi)關(guān)管的發(fā)熱量會(huì)大幅增加，造成散熱用金屬件的體積相應(yīng)增加，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)在使用塑膠背殼的時(shí)候沒(méi)有問(wèn)題，但在使用金屬背殼的時(shí)候卻發(fā)生輻射測(cè)試超限值的問(wèn)題。

電源主MOSFET的散熱片接近外殼，外殼如果是金屬的與PE相連，散熱片與金屬殼間存在電容效應(yīng)，耦合產(chǎn)生共模噪聲，距離越近輻射越嚴(yán)重，原先與金屬殼間距1cm出現(xiàn)的問(wèn)題需要將間距拉倒2cm才能解決。

2.2 開(kāi)關(guān)電源板設(shè)計(jì)問(wèn)題

大尺寸屏幕產(chǎn)品要求開(kāi)關(guān)電源板功率會(huì)超過(guò)400W以上，一般獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)線路參考，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮最小成本，造成剛開(kāi)發(fā)打板的板卡輻射效果會(huì)很糟糕。如圖2所示為一款98寸大屏4K顯示產(chǎn)品低頻輻射測(cè)試數(shù)據(jù)在天線水平和垂直極性都嚴(yán)重超標(biāo)[2]。

整改針對(duì)了LLC和PFC部分，主板兩個(gè)LLC的整個(gè)都要加磁珠，PFC的MOS管“D”極增加磁珠，同時(shí)PFC的MOS需要改成平面MOS，這兩塊改善后前段30MHz-50MHz電源包絡(luò)還是很高，區(qū)別于通常接電只有火線零線的設(shè)計(jì)，將輸入插座2pin改為3pin，增加了地pin，目的是增加Y電容的上限值將Y電容由原來(lái)的的220pF改為1nF，整體壓低電源線的共模雜訊。

3整機(jī)主板需要注意問(wèn)題

出于性價(jià)比考慮目前主板常見(jiàn)搭配的還是DDR3的內(nèi)存顆粒與芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，DDR3內(nèi)存顆粒與主芯片通信的時(shí)鐘信號(hào)需要非常謹(jǐn)慎處理，一般layout建議可能只有注意走線長(zhǎng)度，間距等，實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)由于存在芯片上方散熱器的問(wèn)題，多層板走線時(shí)一定要將CLK信號(hào)線走在PCB板內(nèi)層，不注意在PCB Top層走線后與上方覆蓋的散熱片會(huì)形成非常嚴(yán)重的天線效應(yīng)，結(jié)果往往需要改版才能解決問(wèn)題，浪費(fèi)大量人力物力。

圖4所示就是一塊內(nèi)存時(shí)鐘信號(hào)走線在Top層，測(cè)試出現(xiàn)問(wèn)題的主板，在天線水平極性頻率點(diǎn)979MHz出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題。

主板搭配整機(jī)初掃數(shù)據(jù)，頻率點(diǎn)超限值8dB多，針對(duì)時(shí)鐘信號(hào)超標(biāo)的EMI整改一般處理方式就兩種，一種最簡(jiǎn)單最節(jié)省時(shí)間的方法就是通過(guò)軟件打開(kāi)時(shí)鐘信號(hào)的展頻現(xiàn)如今最為先進(jìn)有效的EMI抑制手段，對(duì)于峰值測(cè)量有很好的效果。展頻原理簡(jiǎn)單描述是將單頻率點(diǎn)的能量分散開(kāi)至某一個(gè)展頻范圍內(nèi)的能量，從而降低單點(diǎn)的峰值能量[3]。

但是本文中案例原先主板芯片采用了廉價(jià)的不能開(kāi)展頻的方案而且在硬件設(shè)計(jì)時(shí)候沒(méi)有預(yù)留任何對(duì)策，在這種情況下不進(jìn)行小改版根本無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題頻率點(diǎn)。后續(xù)針對(duì)layout走線不做大改動(dòng)的要求下，采用另外一種方式就是芯片上方散熱片多點(diǎn)接地去解決問(wèn)題點(diǎn)。

如圖5所示在PCB的TOP層，尋找盡可能多的GND shape，在大小合適的GND shape上裸銅，目的是后續(xù)可以采用高度合適的SMT泡棉搭接散熱片，使散熱片多點(diǎn)接地衰弱散熱片產(chǎn)生的輻射天線效應(yīng)。

出于盡可能節(jié)省成本的考慮，期間還對(duì)接地點(diǎn)位置和數(shù)量進(jìn)行了不同的組合及測(cè)試，由于篇幅有限不進(jìn)行詳細(xì)的描述了，就分享圖6所示接地點(diǎn)四個(gè)和八個(gè)的不同測(cè)試結(jié)果。

四點(diǎn)接地能解決問(wèn)題點(diǎn)979MHz的超限值問(wèn)題，但是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)只有在預(yù)留八個(gè)接地點(diǎn)都與芯片上方散熱片搭接的情況下才有穩(wěn)定6dB以上的余量[4]。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上工作實(shí)例，在對(duì)4K超大尺寸顯示產(chǎn)品EMI整改時(shí)，主要需要注意開(kāi)關(guān)電源板和主板這兩塊，電源板在設(shè)計(jì)初必須對(duì)LLC和PFC這兩塊預(yù)留足夠的濾波電路，其次就是散熱金屬塊，散熱塊盡量不要采用易產(chǎn)生輻射的形狀，嚴(yán)格控制散熱金屬塊的高度避免在采用金屬機(jī)殼造成難以挽回的輻射耦合問(wèn)題。主板的設(shè)計(jì)在滿足功能要求的情況下盡量采用能夠開(kāi)展頻的芯片組方案，可以在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)依靠軟件來(lái)解決省時(shí)省成本，但為了保證后續(xù)EMI測(cè)試萬(wàn)無(wú)一失，必要的硬件對(duì)策也要預(yù)留，嘗試預(yù)留時(shí)鐘信號(hào)線的RC濾波電路，在有散熱片的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)必須采用多點(diǎn)接地的方式，注意以上問(wèn)題點(diǎn)相信在產(chǎn)品整改時(shí)能大大減少投入的精力和時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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[2] ?國(guó)榮.電磁干擾及控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003：177.

[3] （美）曼特羅斯（Montrose M.I.）.電磁兼容的印制電路板設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：57.

[4] （美）保羅（Paul C.R.）.電磁兼容導(dǎo)論[M].北京：人民郵電出版社，2007：69.