一، استانداردهای تست EMC صنعتی و الزامات اصلی
آزمایش EMC تجهیزات صنعتی باید با سیستم سه سطحی کمیسیون بینالمللی الکتروتکنیکی (IEC)، استانداردهای اروپایی (EN) و استانداردهای ملی چین (GB) مطابقت داشته باشد. موارد اصلی تست عبارتند از:
گسیل تابشی (RE): فرکانس آزمایش 30 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز را پوشش میدهد و تجهیزات لازم است تا شدت میدان الکترومغناطیسی کمتر یا مساوی 40 دسیبل μ V/m (فاصله 10 متر) را از طریق یک آنتن در یک محفظه آنکوئیک دریافت کنند. سیگنال ساعت و هارمونیک های آن از ال سی دی کد شکسته، منابع اصلی تشعشع هستند و اگر در طراحی بهینه نباشند، مستعد فراتر رفتن از استاندارد هستند.
تداخل هدایت شده (CE): فرکانس آزمایش بین 150 کیلوهرتز و 30 مگاهرتز است و ولتاژ تداخل در خط برق از طریق شبکه تثبیت امپدانس خط (LISN) اندازه گیری می شود. اگر ماژول برق ال سی دی قطع شده طراحی فیلتر را اتخاذ نکند، ممکن است صدای فرکانس{3} بالا از طریق خط برق به شبکه برق منتقل شود و دستگاه های دیگر را تحت تأثیر قرار دهد.
تخلیه الکترواستاتیک (ESD): بر اساس استاندارد IEC 61000-4-2، تخلیه تماس ± 8 کیلو ولت و تخلیه هوا ± 15 کیلو ولت را به پوشش و رابط تجهیزات اعمال کنید. اگر صفحه لمسی یا رابط LCD قطع شده فاقد حفاظت باشد، ESD ممکن است باعث اختلال در صفحه نمایش یا آسیب به مدار شود.
Immunity Surge (SURGE): شبیه سازی برخورد صاعقه یا ضربه های سوئیچینگ جریان بالا برای آزمایش توانایی تجهیزات برای مقاومت در برابر ولتاژ افزایشی. در محیط های صنعتی، یک LCD کد شکسته باید در برابر ضربه افزایش حداقل 2 کیلو ولت مقاومت کند.
2، تجزیه و تحلیل منابع تداخل EMC در LCD با کد شکسته
مشکل EMC کد شکسته LCD عمدتاً از جنبه های زیر ناشی می شود:
هارمونیک های سیگنال ساعت: مدار محرک یک LCD کد شکسته معمولاً از یک ساعت فرکانس بالا (مانند 15 مگاهرتز) استفاده می کند که پس از گسترش سری فوریه هارمونیک های متعدد (مانند 150 مگاهرتز و 300 مگاهرتز) تولید می کند. اگر سیگنال ساعت فیلتر یا محافظ نباشد، هارمونیک ها ممکن است از طریق سیم کشی PCB یا کانکتورها به فضا تابش کنند که باعث می شود RE از استاندارد فراتر رود.
نویز منبع تغذیه: اگر ماژول برق ال سی دی قطع شده از فیلتر نوع π - یا سلف حالت معمولی استفاده نکند، صدای فرکانس{1} بالا منبع تغذیه سوئیچینگ (مانند 100 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز) ممکن است از طریق خط برق به شبکه برق هدایت شود و باعث مشکلات CE شود.
جفت رابط: اگر رابط سیگنال LCD قطع شده (مانند SPI، I2C) از عایق نوری یا مغناطیسی استفاده نکند، تداخل خارجی ممکن است از طریق خط سیگنال به مدار راننده متصل شود و در نتیجه نمایش غیرعادی ایجاد شود.
نقص طرحبندی PCB: اگر خطوط سیگنال با سرعت بالا (مانند خطوط ساعت) بهطور متفاوت هدایت نشده باشند، یا زمین دیجیتال و زمین آنالوگ توسط مهرههای مغناطیسی جدا نشده باشند، ممکن است تداخل حلقه زمین ایجاد شود و ایمنی ESD را کاهش دهد.
3، سیستم فناوری حفاظت EMC برای LCD با کد شکسته
در پاسخ به منابع تداخل فوق الذکر، یک سیستم حفاظتی برای LCD با کدهای شکسته باید از سه جنبه ساخته شود: انتخاب مواد، طراحی ساختاری، و بهینه سازی مدار.
1. بهینه سازی مصالح و سازه
پوشش رسانا: لایه رسانای ITO را روی سطح صفحه نمایش اسپری کنید تا مقاومت سطح را در محدوده 10 ⁶ -10 Ω/sq کنترل کنید، که می تواند به سرعت الکتریسیته ساکن را تخلیه کند و ایمنی ESD را تا 8 کیلو ولت ± بهبود بخشد.
طراحی پوشش محافظ: پوششهای محافظ فویل مسی را در قسمتهای کلیدی PCB، مانند آیسیهای درایور و مدارهای ساعت، اضافه کنید و آنها را از طریق Vias به زمین وصل کنید تا اتصال میدان نزدیک- را کاهش دهید. یک فرستنده فشار صنعتی خاص از طریق این طرح، شدت تابش در نقطه فرکانس 300 مگاهرتز را 15 دسی بل کاهش می دهد.
محافظ کابل: خطوط سیگنال و برق از سیم های محافظ جفت پیچ خورده استفاده می کنند، با لایه محافظ 360 درجه به محفظه کانکتور ختم می شود تا تشعشع حالت معمول را کاهش دهد. یک سروو درایو صنعتی خاص از طریق این بهبود تداخل هدایت شده را 10 دسی بل کاهش داده است.
2. طراحی بهینه سازی مدار
فیلتر توان: یک فیلتر از نوع π - را به ترمینال ورودی برق اضافه کنید، با مقادیر اندوکتانس از 100 μH تا 1mH و مقادیر ظرفیت خازنی از 0.1 μF تا 10 μF، برای سرکوب نویز دیفرانسیل و حالت معمول. یک سنسور صنعتی خاص ولتاژ اختلال در انتهای منبع تغذیه را از طریق این طراحی به زیر مقدار حد کاهش می دهد.
فیلتر سیگنال: برای کاهش صدای فرکانس بالا، یک فیلتر RC پایین-به ورودی سیگنال آنالوگ، با فرکانس قطع بر روی 1.5 برابر پهنای باند سیگنال اضافه کنید. یک دستگاه پزشکی خاص از این فناوری برای کاهش تابش خط سیگنال تا 8 دسی بل استفاده می کند.
پردازش سیگنال ساعت: زمان لبه بالارونده سیگنال ساعت را افزایش دهید و دامنه هارمونیک فرکانس بالا- آن را کاهش دهید. یا فرکانس ساعت را کاهش دهید (مانند 15 مگاهرتز به 8 مگاهرتز) و نقاط فرکانس هارمونیک را به خارج از باند فرکانس آزمایشی منتقل کنید. یک پانل منفرد خاص، مقدار تابش 150 مگاهرتز را از طریق طراحی کاهش فرکانس به 1/20 کاهش می دهد.
3. بهینه سازی زمین و چیدمان
اتصال زمین تک نقطه ای: در مدارهای فرکانس پایین-<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.
طراحی PCB چند لایه: در یک PCB چهار لایه، لایههای مستقل و لایههای قدرت راهاندازی میشوند و اتصالات بین لایهای از طریق vias برای کاهش کوپلینگ الکترومغناطیسی به دست میآیند. یک تجهیزات حمل و نقل ریلی خاص، انتشار تشعشعات را تا 12 دسی بل از طریق این طرح کاهش می دهد.
جداسازی ماژول حساس: طرح مدارهای آنالوگ، مدارهای دیجیتال و مدارهای قدرت را به مناطق تقسیم کنید و نوارهای جداسازی را بین مناطق تنظیم کنید تا تداخل متقاطع سیگنال کاهش یابد. یک کنتور هوشمند خاص با این طراحی میزان خرابی ESD را تا 90 درصد کاهش داده است.
4، روش صنعت و تجزیه و تحلیل موردی
مورد 1: تصحیح تشعشعات بیش از حد از فرستنده های فشار صنعتی
یک فرستنده فشار صنعتی خاص در نقطه فرکانس 300 مگاهرتز 10 دسی بل از استاندارد فراتر رفت و از طریق اقدامات زیر اصلاح شد:
یک پوشش محافظ روی PCB اضافه کنید تا ماژول های ADC و MCU را بپوشاند و کارایی محافظ را تا 15 دسی بل افزایش دهید.
خطوط برق و سیگنال را به سیم های شیلددار جفت پیچ خورده تغییر دهید. پس از اتصال به لایه محافظ، شدت تابش 8 دسی بل کاهش می یابد.
سیمکشی PCB را بهینه کنید، طول خط سیگنال فرکانس بالا-را کوتاه کنید و تابش حالت دیفرانسیل را تا ۵ دسیبل کاهش دهید.
در نهایت، دستگاه تست انتشار تشعشع IEC 61000-4-3 را گذراند.
مورد 2: اصلاح ایمنی ناکافی ESD سنسورهای صنعتی
یک سنسور صنعتی خاص در طول آزمایش تخلیه تماس ± 8 کیلو ولت، ناهنجاری های عملکردی را تجربه کرد. اقدامات اصلاحی عبارتند از:
پدهای لاستیکی رسانا را در درزهای پوسته اضافه کنید تا اثر محافظتی را تا 50 دسی بل افزایش دهید.
یک آرایه دیود TVS را در ترمینال ورودی سیگنال با ولتاژ گیره کمتر یا مساوی 6 ولت اضافه کنید تا به طور موثر از مدار پایین دست محافظت کنید.
سیم کشی PCB را بهینه کنید، پوشش فویل مسی سطح زمین را افزایش دهید و اتصال انرژی ESD را کاهش دهید.
در نهایت دستگاه تست IEC 61000-4-2 ESD را پشت سر گذاشت.
