一, Βιομηχανικά πρότυπα δοκιμών EMC και βασικές απαιτήσεις
Η δοκιμή ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας βιομηχανικού εξοπλισμού πρέπει να συμμορφώνεται με το σύστημα τριών{0}}επιπέδων της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC), των Ευρωπαϊκών Προτύπων (EN) και των Εθνικών Προτύπων της Κίνας (GB). Τα βασικά στοιχεία δοκιμής περιλαμβάνουν:
Εκπομπή ακτινοβολίας (RE): Η συχνότητα δοκιμής καλύπτει 30 MHz έως 1 GHz και ο εξοπλισμός απαιτείται για λήψη έντασης ηλεκτρομαγνητικού πεδίου Μικρότερη ή ίση με 40 dB μ V/m (απόσταση 10 m) μέσω μιας κεραίας σε έναν ανηχοϊκό θάλαμο. Το σήμα ρολογιού και οι αρμονικές του της LCD με σπασμένο κώδικα είναι οι κύριες πηγές ακτινοβολίας και, εάν δεν βελτιστοποιηθούν ως προς το σχεδιασμό, είναι επιρρεπείς στην υπέρβαση του προτύπου.
Διεξαγόμενες παρεμβολές (CE): Η συχνότητα δοκιμής είναι μεταξύ 150 kHz και 30 MHz και η τάση παρεμβολής στη γραμμή ισχύος μετράται μέσω ενός δικτύου σταθεροποίησης σύνθετης αντίστασης γραμμής (LISN). Εάν η μονάδα τροφοδοσίας της αποσυνδεδεμένης οθόνης LCD δεν υιοθετεί τη σχεδίαση φιλτραρίσματος, ενδέχεται να μεταδοθεί θόρυβος υψηλής συχνότητας στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω της γραμμής τροφοδοσίας, επηρεάζοντας άλλες συσκευές.
Ηλεκτροστατική εκκένωση (ESD): Σύμφωνα με το πρότυπο IEC 61000-4-2, εφαρμόστε εκκένωση επαφής ± 8 kV και εκκένωση αέρα ± 15 kV στο περίβλημα και τη διεπαφή του εξοπλισμού. Εάν η οθόνη αφής ή η διεπαφή της αποσυνδεδεμένης οθόνης LCD δεν διαθέτει προστασία, η ESD μπορεί να προκαλέσει ανωμαλίες στην οθόνη ή ζημιά στο κύκλωμα.
Ανοσία υπέρτασης (SURGE): Προσομοίωση κεραυνών ή κρούσεων μεταγωγής υψηλού ρεύματος για να ελέγξετε την ικανότητα του εξοπλισμού να αντέχει σε υπερτάσεις. Σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, μια LCD με σπασμένο κωδικό πρέπει να αντέχει σε κρούση από υπέρταση τουλάχιστον ± 2 kV.
2, Ανάλυση πηγών παρεμβολών EMC σε LCD με σπασμένο κώδικα
Το πρόβλημα της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας της LCD με σπασμένο κώδικα προέρχεται κυρίως από τις ακόλουθες πτυχές:
Αρμονικές σήματος ρολογιού: Το κύκλωμα οδήγησης μιας LCD με σπασμένο κώδικα χρησιμοποιεί συνήθως ένα ρολόι υψηλής-συχνότητας (όπως 15 MHz), το οποίο παράγει πολλαπλές αρμονικές (όπως 150 MHz και 300 MHz) μετά την επέκταση της σειράς Fourier. Εάν το σήμα ρολογιού δεν είναι φιλτραρισμένο ή θωρακισμένο, οι αρμονικές μπορεί να ακτινοβολούν στο διάστημα μέσω καλωδίωσης PCB ή υποδοχών, με αποτέλεσμα η RE να υπερβεί το πρότυπο.
Θόρυβος τροφοδοσίας: Εάν η μονάδα τροφοδοσίας της αποσυνδεδεμένης οθόνης LCD δεν χρησιμοποιεί φίλτρο τύπου π - ή επαγωγέα κοινής λειτουργίας, ο θόρυβος υψηλής-συχνότητας του τροφοδοτικού μεταγωγής (όπως 100 kHz έως 1 MHz) μπορεί να μεταφερθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω της γραμμής τροφοδοσίας, προκαλώντας προβλήματα CE.
Σύζευξη διεπαφής: Εάν η διεπαφή σήματος της αποσυνδεδεμένης οθόνης LCD (όπως SPI, I2C) δεν χρησιμοποιεί οπτοηλεκτρονική ή μαγνητική απομόνωση, οι εξωτερικές παρεμβολές μπορεί να συνδεθούν στο κύκλωμα του οδηγού μέσω της γραμμής σήματος, με αποτέλεσμα την ανώμαλη εμφάνιση.
Ελαττώματα διάταξης PCB: Εάν οι γραμμές σήματος υψηλής ταχύτητας-(όπως οι γραμμές ρολογιού) δεν δρομολογούνται διαφορικά ή η ψηφιακή γείωση και η αναλογική γείωση δεν απομονώνονται από μαγνητικά σφαιρίδια, μπορεί να σχηματιστεί παρεμβολή βρόχου γείωσης και να μειωθεί η ατρωσία ESD.
3, σύστημα τεχνολογίας προστασίας EMC για LCD με σπασμένο κωδικό
Σε απάντηση στις προαναφερθείσες πηγές παρεμβολών, ένα σύστημα προστασίας για την οθόνη LCD με σπασμένους κωδικούς πρέπει να κατασκευαστεί από τρεις πτυχές: επιλογή υλικού, δομική σχεδίαση και βελτιστοποίηση κυκλώματος
1. Βελτιστοποίηση υλικού και κατασκευής
Αγώγιμη επίστρωση: Ψεκάστε το αγώγιμο στρώμα ITO στην επιφάνεια της οθόνης για να ελέγξετε την αντίσταση της επιφάνειας εντός της περιοχής 10 6 -10 Ω/sq, η οποία μπορεί να εκφορτίσει γρήγορα στατικό ηλεκτρισμό και να βελτιώσει την ανοσία ESD στα ± 8 kV.
Σχεδιασμός καλύμματος θωράκισης: Προσθέστε καλύμματα θωράκισης από φύλλο χαλκού σε βασικές περιοχές του PCB, όπως IC οδήγησης και κυκλώματα ρολογιού, και συνδέστε τα στη γείωση μέσω αγωγών για να μειώσετε τη σύζευξη κοντά-στο πεδίο. Ένας συγκεκριμένος πομπός βιομηχανικής πίεσης μειώνει την ένταση της ακτινοβολίας στο σημείο συχνότητας των 300 MHz κατά 15 dB μέσω αυτού του σχεδιασμού.
Θωράκιση καλωδίων: Οι γραμμές σήματος και ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούν θωρακισμένα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους, με το στρώμα θωράκισης να τερματίζεται 360 μοίρες στο περίβλημα του συνδετήρα για μείωση της ακτινοβολίας κοινής λειτουργίας. Ένας συγκεκριμένος βιομηχανικός σερβομηχανισμός μείωσε την παρεμβολή κατά 10dB μέσω αυτής της βελτίωσης.
2. Σχεδιασμός βελτιστοποίησης κυκλώματος
Φιλτράρισμα ισχύος: Προσθέστε ένα φίλτρο τύπου π - στον ακροδέκτη εισόδου ισχύος, με τιμές επαγωγής που κυμαίνονται από 100 μ H έως 1 mH και τιμές χωρητικότητας που κυμαίνονται από 0,1 μ F έως 10 μ F, για την καταστολή του διαφορικού και του θορύβου κοινής λειτουργίας. Ένας συγκεκριμένος βιομηχανικός αισθητήρας μειώνει την τάση διαταραχής στο άκρο του τροφοδοτικού κάτω από την οριακή τιμή μέσω αυτού του σχεδιασμού.
Φιλτράρισμα σήματος: Προσθέστε ένα χαμηλοπερατό φίλτρο RC στην είσοδο αναλογικού σήματος, με συχνότητα αποκοπής ρυθμισμένη στο 1,5 φορές το εύρος ζώνης του σήματος, για να μειώσετε το θόρυβο υψηλής-συχνότητας. Μια συγκεκριμένη ιατρική συσκευή χρησιμοποιεί αυτήν την τεχνολογία για να μειώσει την ακτινοβολία της γραμμής σήματος κατά 8dB.
Επεξεργασία σήματος ρολογιού: Επεκτείνετε τον χρόνο ανόδου του σήματος ρολογιού και μειώστε το αρμονικό του πλάτος υψηλής-συχνότητας. Ή μειώστε τη συχνότητα ρολογιού (όπως από 15 MHz σε 8 MHz) και μετακινήστε τα σημεία αρμονικής συχνότητας έξω από τη ζώνη συχνοτήτων δοκιμής. Ένα συγκεκριμένο μεμονωμένο πάνελ μειώνει την τιμή ακτινοβολίας 150 MHz στο 1/20 μέσω του σχεδιασμού μείωσης συχνότητας.
3. Βελτιστοποίηση γείωσης και διάταξης
Γείωση ενός σημείου: Σε κυκλώματα χαμηλής-συχνότητας (<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.
Σχεδιασμός PCB πολλαπλών στρώσεων: Σε ένα PCB τεσσάρων στρώσεων, δημιουργούνται ανεξάρτητα στρώματα και στρώματα ισχύος και επιτυγχάνονται συνδέσεις ενδιάμεσων στρωμάτων μέσω διαδρομών για τη μείωση της ηλεκτρομαγνητικής σύζευξης. Ένας συγκεκριμένος εξοπλισμός σιδηροδρομικής μεταφοράς μειώνει την εκπομπή ακτινοβολίας κατά 12dB μέσω αυτής της διάταξης.
Απομόνωση ευαίσθητης μονάδας: Διαχωρίστε τη διάταξη των αναλογικών κυκλωμάτων, των ψηφιακών κυκλωμάτων και των κυκλωμάτων ισχύος σε ζώνες και ρυθμίστε τις λωρίδες απομόνωσης μεταξύ των ζωνών για να μειώσετε τις διασταυρούμενες παρεμβολές σήματος. Ένας συγκεκριμένος έξυπνος μετρητής έχει μειώσει το ποσοστό αποτυχίας ESD κατά 90% μέσω αυτού του σχεδιασμού.
4, Industry Practice and Case Analysis
Περίπτωση 1: Διόρθωση υπερβολικής εκπομπής ακτινοβολίας από βιομηχανικούς πομπούς πίεσης
Ένας συγκεκριμένος πομπός βιομηχανικής πίεσης υπερέβη το πρότυπο κατά 10 dB στο σημείο συχνότητας 300 MHz και διορθώθηκε με τα ακόλουθα μέτρα:
Προσθέστε ένα κάλυμμα θωράκισης στο PCB για να καλύψετε τις μονάδες ADC και MCU, αυξάνοντας την απόδοση θωράκισης κατά 15dB.
Αλλάξτε τις γραμμές τροφοδοσίας και σήματος σε θωρακισμένα καλώδια συνεστραμμένου ζεύγους. Μετά τη γείωση του στρώματος θωράκισης, η ένταση της ακτινοβολίας μειώνεται κατά 8dB.
Βελτιστοποιήστε την καλωδίωση PCB, συντομεύστε-το μήκος γραμμής σήματος υψηλής συχνότητας και μειώστε την ακτινοβολία διαφορικής λειτουργίας κατά 5dB.
Τέλος, η συσκευή πέρασε τη δοκιμή εκπομπής ακτινοβολίας IEC 61000-4-3.
Περίπτωση 2: Διόρθωση ανεπαρκούς ατρωσίας ESD βιομηχανικών αισθητήρων
Ένας συγκεκριμένος βιομηχανικός αισθητήρας παρουσίασε λειτουργικές ανωμαλίες κατά τη διάρκεια δοκιμής εκφόρτισης επαφής ± 8 kV. Τα διορθωτικά μέτρα περιλαμβάνουν:
Προσθέστε αγώγιμα ελαστικά μαξιλαράκια στις ραφές του κελύφους για να αυξήσετε την αποτελεσματικότητα θωράκισης στα 50dB.
Προσθέστε μια συστοιχία διόδων TVS στον ακροδέκτη εισόδου σήματος με τάση σφιγκτήρα μικρότερη ή ίση με 6 V για αποτελεσματική προστασία του κυκλώματος κατάντη.
Βελτιστοποιήστε την καλωδίωση PCB, αυξήστε την κάλυψη του φύλλου χαλκού στο επίπεδο του εδάφους και μειώστε την ενεργειακή σύζευξη ESD.
Τελικά, η συσκευή πέρασε τη δοκιμή ESD 61000-4-2.
