汽車座艙控制系統(tǒng)顯示屏EMC防護
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摘要：隨著電子科技技術(shù)的進步及更新，傳統(tǒng)意義上機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。基于此本文對于汽車音響，儀表等有TFT顯示部分EMC的防護措施進行分析，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能力。
關(guān)鍵詞：EMC防護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)的機械式按鍵已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸式電子按鍵，以收音機功能為主體的人機溝通界面變成以導(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)備進行干擾。輻射的超標會對主要設(shè)備造成性能及功能可恢復(fù)的故障，更加嚴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的鋼化補強板，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，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，由此達到高頻限號都可以傳遞至負載點的目的，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載阻抗的大小相等。顯示屏LVDS通訊信號到主機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，降低輻射強度，防止信號反射的作用。鏡像地在汽車音響顯示屏部分運用方式很多，運用的位置也很多，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防護在汽車音響顯示屏上的成功應(yīng)用，能夠說明EMC防護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
