一, priemyselné testovacie normy EMC a základné požiadavky
EMC testovanie priemyselných zariadení musí byť v súlade s trojúrovňovým{0}}systémom Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC), európskymi normami (EN) a čínskymi národnými normami (GB). Medzi hlavné testovacie položky patria:
Vyžarované vyžarovanie (RE): Testovacia frekvencia pokrýva 30 MHz až 1 GHz a vyžaduje sa, aby zariadenie prijímalo intenzitu elektromagnetického poľa menšiu alebo rovnú 40 dB μ V/m (vzdialenosť 10 m) cez anténu v bezodrazovej komore. Hodinový signál a jeho harmonické z rozbitého kódu LCD sú hlavnými zdrojmi žiarenia a ak nie sú dizajnovo optimalizované, sú náchylné na prekročenie normy.
Vedené rušenie (CE): Testovacia frekvencia je medzi 150 kHz a 30 MHz a rušivé napätie na elektrickom vedení sa meria cez sieť na stabilizáciu impedancie vedenia (LISN). Ak napájací modul odpojeného displeja LCD neprijme dizajn filtrovania, môže sa do elektrickej siete cez elektrické vedenie prenášať vysokofrekvenčný šum, ktorý ovplyvní ďalšie zariadenia.
Elektrostatický výboj (ESD): Podľa normy IEC 61000-4-2 použite kontaktný výboj ± 8 kV a výboj vzduchu ± 15 kV na kryt zariadenia a rozhranie. Ak dotykovému panelu alebo rozhraniu odpojeného LCD chýba ochrana, ESD môže spôsobiť abnormality zobrazenia alebo poškodenie obvodu.
Odolnosť proti prepätiu (SURGE): Simulujte údery blesku alebo spínacie nárazy s vysokým prúdom, aby ste otestovali schopnosť zariadenia odolať prepätiu. V priemyselnom prostredí musí rozbitý kódový LCD odolať nárazovému rázu aspoň ± 2 kV.
2, Analýza zdrojov EMC rušenia v LCD s prerušeným kódom
Problém EMC s nefunkčným kódom LCD pramení hlavne z nasledujúcich aspektov:
Harmonické signály hodinového signálu: Budiaci obvod LCD s prerušeným kódom zvyčajne používa vysoko{0}}frekvenčné hodiny (napríklad 15 MHz), ktoré po rozšírení Fourierovej série generujú viaceré harmonické (napríklad 150 MHz a 300 MHz). Ak hodinový signál nie je filtrovaný alebo tienený, harmonické môžu vyžarovať do priestoru cez vedenie PCB alebo konektory, čo spôsobí, že RE prekročí štandard.
Šum napájacieho zdroja: Ak napájací modul odpojeného LCD nepoužíva filter typu π - alebo tlmivku so spoločným režimom, vysoko-frekvenčný šum spínaného napájacieho zdroja (napríklad 100 kHz až 1 MHz) môže byť vedený do elektrickej siete cez elektrické vedenie, čo spôsobuje problémy CE.
Väzba rozhrania: Ak signálové rozhranie odpojeného LCD (ako je SPI, I2C) nepoužíva optoelektronickú alebo magnetickú izoláciu, externé rušenie sa môže pripojiť k obvodu ovládača cez signálne vedenie, čo má za následok abnormálne zobrazenie.
Chyby usporiadania dosky plošných spojov: Ak nie sú vysokorýchlostné signálne vedenia (napríklad hodinové vedenia) vedené rozdielne alebo ak digitálne uzemnenie a analógové uzemnenie nie sú izolované magnetickými guľôčkami, môže to tvoriť rušenie zemnej slučky a znížiť odolnosť voči ESD.
3, systém technológie ochrany EMC pre LCD so zlomeným kódom
V reakcii na vyššie uvedené zdroje rušenia je potrebné skonštruovať ochranný systém pre LCD s poškodenými kódmi z troch aspektov: výber materiálu, konštrukčný návrh a optimalizácia obvodu.
1. Optimalizácia materiálu a konštrukcie
Vodivý náter: Nastriekajte vodivú vrstvu ITO na povrch obrazovky displeja na kontrolu povrchového odporu v rozsahu 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq, čo môže rýchlo vybiť statickú elektrinu a zlepšiť odolnosť voči ESD na ± 8 kV.
Dizajn tieniaceho krytu: Pridajte tienené kryty z medenej fólie na kľúčové oblasti dosky plošných spojov, ako sú integrované obvody ovládača a obvody hodín, a pripojte ich k zemi cez priechodky, aby ste znížili prepojenie blízkeho poľa. Určitý priemyselný tlakový vysielač znižuje intenzitu žiarenia vo frekvenčnom bode 300 MHz o 15 dB prostredníctvom tohto dizajnu.
Tienenie káblov: Signálové a napájacie vedenia používajú tienené vodiče s krúteným párom, pričom tieniaca vrstva je ukončená o 360 stupňov ku krytu konektora, aby sa znížilo vyžarovanie v bežnom režime. Určitý priemyselný servopohon týmto vylepšením znížil rušenie vedenia o 10 dB.
2. Návrh optimalizácie obvodu
Filtrovanie výkonu: Pridajte filter typu π - na vstupnú svorku napájania s hodnotami indukčnosti v rozsahu od 100 μH do 1 mH a hodnotami kapacity v rozsahu od 0,1 μF do 10 μF, aby ste potlačili diferenciálny a bežný režim šumu. Určitý priemyselný snímač znižuje rušivé napätie na konci napájania pod limitnú hodnotu prostredníctvom tejto konštrukcie.
Filtrovanie signálu: Pridajte na vstup analógového signálu nízkopriepustný filter RC- s medznou frekvenciou nastavenou na 1,5-násobok šírky pásma signálu, aby ste znížili vysoko-frekvenčný šum. Určité zdravotnícke zariadenie používa túto technológiu na zníženie vyžarovania signálneho vedenia o 8 dB.
Spracovanie hodinového signálu: Predĺžte čas nábežnej hrany hodinového signálu a znížte jeho amplitúdu vysoko{0}}frekvencie; Alebo znížte frekvenciu hodín (napríklad z 15 MHz na 8 MHz) a posuňte body harmonickej frekvencie mimo testovacie frekvenčné pásmo. Určitý jeden panel znižuje hodnotu žiarenia 150 MHz na 1/20 prostredníctvom návrhu zníženia frekvencie.
3. Optimalizácia uzemnenia a rozmiestnenia
Jednobodové uzemnenie: V nízkofrekvenčných obvodoch- (<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.
Viacvrstvový dizajn PCB: V štvorvrstvovej PCB sú nastavené nezávislé vrstvy a výkonové vrstvy a medzivrstvové spojenia sa dosahujú cez priechody na zníženie elektromagnetického spojenia. Určité zariadenie na železničnú dopravu znižuje emisie žiarenia o 12 dB prostredníctvom tohto usporiadania.
Izolácia citlivého modulu: Rozdeľte rozloženie analógových obvodov, digitálnych obvodov a napájacích obvodov do zón a medzi zónami nastavte izolačné pásy, aby ste znížili krížové rušenie signálu. Istý inteligentný merač týmto dizajnom znížil mieru zlyhania ESD o 90 %.
4, Priemyselná prax a analýza prípadov
Prípad 1: Náprava nadmernej emisie žiarenia z priemyselných snímačov tlaku
Určitý priemyselný snímač tlaku prekročil normu o 10 dB vo frekvenčnom bode 300 MHz a bol opravený pomocou nasledujúcich opatrení:
Pridajte na dosku plošných spojov tieniaci kryt na zakrytie modulov ADC a MCU, čím sa zvýši účinnosť tienenia o 15 dB;
Zmeňte napájacie a signálne vedenia na tienené krútené dvojlinky. Po uzemnení tieniacej vrstvy sa intenzita žiarenia zníži o 8dB;
Optimalizujte zapojenie plošných spojov, skráťte{0}}dĺžku vysokofrekvenčného signálového vedenia a znížte vyžarovanie v diferenciálnom režime o 5 dB.
Nakoniec zariadenie prešlo testom vyžarovania žiarenia IEC 61000-4-3.
Prípad 2: Náprava nedostatočnej ESD odolnosti priemyselných snímačov
Určitý priemyselný snímač zaznamenal funkčné abnormality počas testovania kontaktného výboja ± 8 kV. Nápravné opatrenia zahŕňajú:
Pridajte vodivé gumené podložky na švy plášťa, aby ste zvýšili účinnosť tienenia na 50 dB;
Pridajte TVS diódové pole na vstupnú svorku signálu so svorkovým napätím menším alebo rovným 6 V, aby ste účinne chránili následný obvod;
Optimalizujte zapojenie PCB, zvýšte pokrytie medenou fóliou na úrovni zeme a znížte energetickú väzbu ESD.
Nakoniec zariadenie prešlo testom IEC 61000-4-2 ESD.
