加固液晶显示器的电磁兼容性设计

　　摘要：本文分别从电路设计和结构设计两方面入手，运用屏蔽技术、滤波技术等电磁干扰控制技术，提出了一些效的加固液晶显示器电磁兼容性设计方法，并在实践中取得良好的应用。
　　关键词：加固液晶显示器；电磁兼容；屏蔽技术；滤波技术
　　
　　引言
　　加固液晶显示器是军用电子装备系统的终端设备，电磁兼容性(EMC)作为电子装备的重要技术指标，是加固液晶显示器设计中不可避免的重要问题。如果EMC设计不好，形成水波纹或屏闪，影响显示画面质量，导致信息获取错误，将严重影响装备效能的发挥。
　　电磁兼容设计涉及到电路、结构和工艺等多门学科技术，其核心是设法减少系统内部自身产生的电磁干扰和提高抗系统外部电磁干扰的能力。目前，在加固液晶显示器的设计、生产中，多采用后天加固的方法，通过合理的电路、结构设计，采取相应的工艺、屏蔽等措施，使其满足军标的EMC指标要求。
　　1加固液晶显示器的电路设计[1]
　　加固液晶显示器电路设计的第一步是明确电磁干扰（EMI）源，必须找出所有可能的EMI源并明确其影响大小。首先，屏蔽所有可能的EMI源，然后依次有选择的暴露每一个潜在的干扰源，将干扰源的影响都量化出来，再采取相应的措施加以解决。消除EMI源的技术主要有：滤波、布局与布线、屏蔽、接地等技术。
　　加固液晶显示器主要功能模块包括：液晶显示模块、电源模块、驱动模块（主要包括主驱动板和调谐器板）、视频转换模块、宽温工作电路以及按键模块。一般液晶显示模块由生产厂商在生产前已经完成EMC的测试，所以在电路设计时，主要考虑电源模块、驱动模块（主要包括主驱动板和调谐器板）、宽温工作电路、按键模块等内容。
　　1.1电源模块EMC设计
　　电源部分两大主要功能就是实现驱动液晶屏的背光以及为其他模块提供直流电源。液晶显示器的电源部分采用的都是开关电源。针对开关电源的EMC问题，在设计时应采用以下主要措施：
　　软开关技术：开关器件开通/关断时会产生浪涌电流和尖峰电压，这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件EMC特性的重要方法。该技术主要是使开关电源中的开关管在零电压、零电流时进行开关转换从而有效地抑制电磁干扰。
　　调制频率控制：电磁干扰是根据开关频率变化的，干扰的能量集中在离散的开关频率点上导致干扰强度大。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列离散边频带，这样就将干扰频谱展开，干扰能量分布在离散频带上，从而降低开关频率点上的电磁干扰强度。
　　元器件布局与布线：将电源输入信号和输出信号相关联的元器件都放置在相应的端口附近，以避免因耦合路径而产生干扰。将相互关联的元器件放在一起，避免走线过长带来干扰。
　　电源线滤波器：为满足电磁兼容的要求，在加固液晶显示器电源线上还要设计加装电源线滤波器。滤波器可以把通过电源线上传导的电磁干扰信号给予充分地抑制，或者说，它既能抑制加固液晶显示器内部产生的电磁干扰外泄，同时又能抑制外界的干扰。
　　屏蔽：电源部分的屏蔽尤其重要，如果电源部分的屏蔽不好，则会造成大的传导干扰。并且由于电源的发热很厉害，所以设计电源屏蔽罩一定要注意到散热的问题。
　　另外还要尽量避免信号线平行走线。如果无法避免，尽量加大线间距。或者在中间加一根地线，以减少相互之间的干扰。
　　1.2驱动模块EMC设计
　　液晶显示器的主驱动板主要包括：模拟信号部分，数字电路部分，DC-DC电源部分。
　　元器件布局与布线：在布局上，要把模拟信号部分，数字电路部分，DC-DC电源部分这三部分合理地分开，使相互间的信号耦合为最小。而在器件布设方面，还是遵从相互有关的器件尽量靠近的原则，这样可以获得较好的降低干扰效果。
　　接地：在印制板上，电源线和地线最重要。让模拟电路和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。在液晶显示器的驱动板上，主要将电源部分(DC-DC)的地和其它如解码和主芯片处理的部分的地分开，以减少电源地对图像显示的干扰。
　　晶振：数字电路中的时钟电路是目前电子产品中主要的电磁干扰源之一，是EMC设计的主要内容。晶振的两个脚都要加RC滤波电路.同时一定要将晶振的金属外壳与印制板上的地连接起来。另外，晶振与芯片引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，放置一个局部地平面并且通过多个过孔与地线连接。
　　电容去耦：利用电容去耦来降低电磁干扰。典型的去耦电容值是0.1μF。所以对于20MHz以上的噪声，采用0.01μF的电容去耦。
　　铁氧体磁环滤波：在主板上的所有信号输入端都加入磁环滤波。磁环专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。它扮演高频电阻的角色，即将高频衰减掉。该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。
　　2加固液晶显示器的结构设计[2]
　　加固液晶显示器外壳的结构设计，很大程度地决定了显示器电磁兼容性。一般来说，加固液晶显示模块的电磁兼容性较好，因此，液晶显示器的电磁兼容结构设计首要是控制其内部的电磁辐射，该部分电磁辐射主要来自光学器件，电源、印制板上的干扰会通过显示窗口向外电磁辐射。
　　采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的方式可以实现对EMI的抑制。实现EMI屏蔽的有效方法是：首先从电源及信号源头处降低干扰；通过屏蔽、铝箔或接地将能够产生干扰的电路隔离；同时增强敏感电路的抗干扰能力等。
　　采取密封屏蔽技术，在壳体结构上形成电磁封闭，使得外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性，保证壳体无泄漏状态，提高壳体的屏蔽效能。处理好通风孔、接缝、插槽、空间走线、散热器接地等。
　　外壳上的面板、前壳、中壳及后盖等部分相互搭接处存在着接触缝隙，这里把缝隙看成是电阻或者电容。壳体的连接部分也可以用导电性能良好的材料来屏蔽，需拆卸的部位可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性，永久连接处可以采用连续焊接接缝。
　　加固液晶显示器壳体屏蔽设计的另一个难点，在于设计和制造过程中不可避免会有孔隙，比如面板连线、穿越线缆、指示灯、液晶屏显示窗口等都需要在屏蔽壳体上打孔，从而产生孔隙泄漏，大大降低了屏蔽效能。对于液晶显示器的窗口采用镀透明ITO导电膜玻璃或夹金属丝网的屏蔽玻璃。
　　3结语
　　加固液晶显示器因应用范围较广，其所处的电磁环境具有随机性、多样性特点，所以在设计时，需要将功能设计与电磁兼容性设计及其它环境适应性设计结合起来，以提高设备的可靠性。
　　通过采用上述电磁兼容设计方法，某型加固液晶显示器顺利通过了EMC测试，并未今后类似的设计提供了参考。
　　参考文献
　　[1]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京：中国电力出版社,1999
　　[2]顾适夷，等.加固TFT—LCD电磁兼容技术研究[J].光电子技术，2006（3）：211-215
　　[3]A•韦斯顿（加拿大）.电磁兼容原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.