汽車座艙控制系統(tǒng)顯示屏EMC防護(hù)
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摘要：隨著電子科技技術(shù)的進(jìn)步及更新，傳統(tǒng)意義上機(jī)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(duì)于各種電控產(chǎn)品的EMC要求也不斷提高?；诖吮疚膶?duì)于汽車音響，儀表等有TFT顯示部分EMC的防護(hù)措施進(jìn)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(jì)理念。提高汽車座艙控制系統(tǒng)的抗干擾能力及防護(hù)能力。
關(guān)鍵詞：EMC防護(hù)汽車音響顯示屏特點(diǎn)
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(dòng)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(jī)械式按鍵已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸式電子按鍵，以收音機(jī)功能為主體的人機(jī)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(duì)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(diǎn)
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(shí)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(huì)引起降級(jí)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(duì)中控臺(tái)上各種電器釋放靜電的過程，由于靜電會(huì)對(duì)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(huì)使電子部件失去作用，潛在損傷會(huì)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(cè)試，包含空間輻射和磁場(chǎng)輻射測(cè)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(duì)周邊產(chǎn)品的影響。輻射超標(biāo)會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(shí)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(huì)沿著電源線，地線以及信號(hào)線進(jìn)行傳輸影響外部工作的儀器及設(shè)備。RI：電磁場(chǎng)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(tái)廣播，發(fā)射機(jī)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(duì)主要設(shè)備進(jìn)行干擾。輻射的超標(biāo)會(huì)對(duì)主要設(shè)備造成性能及功能可恢復(fù)的故障，更加嚴(yán)重的會(huì)造成損壞性的故障現(xiàn)象。
3EMC對(duì)汽車音響顯示屏設(shè)計(jì)的意義
我國汽車音響事業(yè)與國外發(fā)達(dá)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(jìn)的研發(fā)技術(shù)，平臺(tái)設(shè)計(jì)理念，到成為全球概念研發(fā)的前沿，經(jīng)歷了跨時(shí)代的華麗轉(zhuǎn)身。隨著5G技術(shù)的普及，汽車音響會(huì)向更全面更高的方向發(fā)展。現(xiàn)階段的汽車音響運(yùn)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(dú)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(jì)的過程中，引入EMC的設(shè)計(jì)理念，用于改善由需求造成的設(shè)計(jì)隱患。利用成熟的EMC設(shè)計(jì)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(yàn)共享方式節(jié)省開發(fā)時(shí)間；運(yùn)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(chǎng)空間。使得整車空間設(shè)計(jì)有多種的選擇，同時(shí)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(jì)為基礎(chǔ)的汽車音響顯
示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要模式汽車音響顯示屏部分是相對(duì)復(fù)雜的一個(gè)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(gè)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(jì)需要處理好單個(gè)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(jī)系統(tǒng)兩部分，而將兩個(gè)系統(tǒng)串聯(lián)到一起的方式有很多種，板對(duì)板插連，F(xiàn)FC/FPC連接，LVDS通訊等。目前用雙絞線通訊LVDS信號(hào)的方式，是顯示屏系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)的主流連接方式。較長的雙絞線在RE/CE/RI/ESD各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)都會(huì)產(chǎn)生隱患，EMC設(shè)計(jì)需要降低各類實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)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(jì)要求
觸摸屏是汽車音響顯示屏對(duì)外環(huán)境的第一層，主要考慮的是ESD/RE的防護(hù)方式。電路設(shè)計(jì)方案分為COF和COB兩種，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案性價(jià)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(jì)方案，都會(huì)使顯示屏和面板之間漏出一條縫隙。EMC中的ESD測(cè)試會(huì)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(jì)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(jì)方案還需要在觸摸芯片的底層做一個(gè)SUS的鋼化補(bǔ)強(qiáng)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(jì)方案，負(fù)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(hào)串?dāng)_。
4.2顯示屏EMC設(shè)計(jì)要求
顯示屏是汽車音響的主要部件，也是反應(yīng)整個(gè)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(hù)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(jì)時(shí)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(huì)導(dǎo)致靜電亂走，會(huì)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(yàn)，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(hào)的主時(shí)鐘通常是在50MHZ到100MHZ之間，脈沖的峰值能量非常強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生空間電磁干擾，時(shí)鐘信號(hào)奇數(shù)倍頻點(diǎn)也會(huì)有較強(qiáng)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(diǎn)的電磁強(qiáng)度均攤到周圍頻點(diǎn)。差分阻抗匹配：主要用于LVDS信號(hào)傳輸線上，由此達(dá)到高頻限號(hào)都可以傳遞至負(fù)載點(diǎn)的目的，并且不會(huì)有信號(hào)反射回源點(diǎn)。信號(hào)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(fù)載阻抗的大小相等。顯示屏LVDS通訊信號(hào)到主機(jī)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(biāo)的現(xiàn)象。鏡像地：鏡像地是臨近信號(hào)層的一層敷銅平面，主要作用是降低回流噪聲，降低輻射強(qiáng)度，防止信號(hào)反射的作用。鏡像地在汽車音響顯示屏部分運(yùn)用方式很多，運(yùn)用的位置也很多，比如：顯示屏FPC排線需要用兩層，一層信號(hào)層，一層全鋪銅做鏡像地；連接器：使信號(hào)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(jì)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(hào)地回路的重要環(huán)節(jié)，EMC測(cè)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(duì)部分輻射干擾強(qiáng)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(chǎng)RE測(cè)試中電磁干擾比較大的元件封閉起來，使其外部的電磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度低于允許的一種措施。
4.4連接部件設(shè)計(jì)要求
在對(duì)通訊連接部分設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)盡量避免通訊信號(hào)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(gè)系統(tǒng)同地的屏蔽層，可以有效的屏蔽干擾信號(hào)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(duì)內(nèi)部電路和內(nèi)部電路對(duì)外的影響，增加產(chǎn)品在RE實(shí)驗(yàn)RI實(shí)驗(yàn)以及ESD實(shí)驗(yàn)的通過率。
5結(jié)語
綜上所述，EMC防護(hù)在汽車音響顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)不同功能組件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)以及模塊化設(shè)計(jì)，使前屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合各種苛刻測(cè)試需求。利用平臺(tái)化EMC設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精確性，可以廣泛的應(yīng)用到汽車各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)中。通過對(duì)EMC防護(hù)在汽車音響顯示屏上的成功應(yīng)用，能夠說明EMC防護(hù)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(huì)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
