一, Industrielle EMV-Prüfnormen und Kernanforderungen
Die EMV-Prüfung von Industrieanlagen muss dem dreistufigen System der International Electrotechnical Commission (IEC), europäischen Normen (EN) und chinesischen nationalen Normen (GB) entsprechen. Zu den Kerntests gehören:
Gestrahlte Emission (RE): Die Testfrequenz umfasst 30 MHz bis 1 GHz, und das Gerät muss über eine Antenne in einem schalltoten Raum eine elektromagnetische Feldstärke von weniger als oder gleich 40 dB μ V/m (10 m Entfernung) empfangen. Das Taktsignal und seine Harmonischen des LCD mit gebrochenem Code sind die Hauptstrahlungsquellen, und wenn das Design nicht optimiert wird, besteht die Gefahr, dass sie den Standard überschreiten.
Leitungsgebundene Interferenz (CE): Die Prüffrequenz liegt zwischen 150 kHz und 30 MHz, und die Störspannung auf der Stromleitung wird über ein Leitungsimpedanzstabilisierungsnetzwerk (LISN) gemessen. Wenn das Stromversorgungsmodul des nicht angeschlossenen LCDs nicht über ein Filterdesign verfügt, kann hochfrequentes Rauschen über die Stromleitung an das Stromnetz übertragen werden und andere Geräte beeinträchtigen.
Elektrostatische Entladung (ESD): Gemäß der Norm IEC 61000-4-2 sind eine Kontaktentladung von ± 8 kV und eine Luftentladung von ± 15 kV auf das Gerätegehäuse und die Schnittstelle anzuwenden. Wenn das Touchpanel oder die Schnittstelle des nicht angeschlossenen LCD nicht geschützt ist, kann ESD zu Anzeigeanomalien oder Schaltkreisschäden führen.
Überspannungsimmunität (SURGE): Simulieren Sie Blitzeinschläge oder Hochstrom-Schalteinschläge, um die Fähigkeit des Geräts zu testen, Überspannungen standzuhalten. In industriellen Umgebungen muss ein LCD mit defektem Code einer Überspannung von mindestens ± 2 kV standhalten.
2, Analyse von EMV-Störquellen in LCDs mit defektem Code
Das EMV-Problem fehlerhafter LCD-Codes ist hauptsächlich auf die folgenden Aspekte zurückzuführen:
Oberwellen des Taktsignals: Die Treiberschaltung eines LCD mit gebrochenem Code verwendet normalerweise einen Hochfrequenztakt (z. B. 15 MHz), der nach der Fourier-Reihenerweiterung mehrere Oberwellen (z. B. 150 MHz und 300 MHz) erzeugt. Wenn das Taktsignal nicht gefiltert oder abgeschirmt ist, können Oberwellen über die Leiterplattenverkabelung oder Anschlüsse in den Weltraum abgestrahlt werden, was dazu führt, dass RE den Standard überschreitet.
Netzteilrauschen: Wenn das Leistungsmodul des nicht angeschlossenen LCD keinen π --Filter oder Gleichtaktinduktor verwendet, kann das Hochfrequenzrauschen des Schaltnetzteils (z. B. 100 kHz bis 1 MHz) über die Stromleitung an das Stromnetz weitergeleitet werden, was zu CE-Problemen führt.
Schnittstellenkopplung: Wenn die Signalschnittstelle des nicht angeschlossenen LCD (z. B. SPI, I2C) keine optoelektronische oder magnetische Isolierung verwendet, können externe Störungen über die Signalleitung mit der Treiberschaltung gekoppelt werden, was zu einer abnormalen Anzeige führt.
Defekte im PCB-Layout: Wenn Hochgeschwindigkeitssignalleitungen (z. B. Taktleitungen) nicht differenziell verlegt sind oder digitale Masse und analoge Masse nicht durch magnetische Perlen isoliert sind, kann es zu Erdschleifenstörungen kommen und die ESD-Immunität verringern.
3, EMV-Schutztechnologiesystem für LCD mit defektem Code
Als Reaktion auf die oben genannten Störquellen muss ein Schutzsystem für das LCD mit defekten Codes aus drei Aspekten aufgebaut werden: Materialauswahl, Strukturdesign und Schaltungsoptimierung
1. Material- und Strukturoptimierung
Leitfähige Beschichtung: Sprühen Sie eine leitfähige ITO-Schicht auf die Oberfläche des Bildschirms, um den Oberflächenwiderstand im Bereich von 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq zu steuern, wodurch statische Elektrizität schnell entladen und die ESD-Immunität auf ± 8 kV verbessert werden kann.
Design der Abschirmungsabdeckung: Fügen Sie Abschirmungsabdeckungen aus Kupferfolie in wichtigen Bereichen der Leiterplatte hinzu, z. B. bei Treiber-ICs und Taktschaltkreisen, und verbinden Sie sie über Durchkontaktierungen mit der Erde, um die Nahfeldkopplung zu reduzieren. Ein bestimmter industrieller Drucktransmitter reduziert durch diese Konstruktion die Strahlungsintensität am 300-MHz-Frequenzpunkt um 15 dB.
Kabelabschirmung: Die Signal- und Stromleitungen verwenden abgeschirmte Twisted-Pair-Drähte, wobei die Abschirmschicht um 360 Grad am Steckergehäuse endet, um Gleichtaktstrahlung zu reduzieren. Durch diese Verbesserung konnte ein bestimmter Industrie-Servoantrieb leitungsgebundene Störungen um 10 dB reduzieren.
2. Schaltungsoptimierungsdesign
Leistungsfilterung: Fügen Sie dem Leistungseingangsanschluss einen Filter vom Typ π - mit Induktivitätswerten im Bereich von 100 μ H bis 1 mH und Kapazitätswerten im Bereich von 0,1 μ F bis 10 μ F hinzu, um Differenz- und Gleichtaktrauschen zu unterdrücken. Ein bestimmter Industriesensor reduziert durch diese Konstruktion die Störspannung auf der Stromversorgungsseite unter den Grenzwert.
Signalfilterung: Fügen Sie dem analogen Signaleingang einen RC-Tiefpassfilter hinzu, dessen Grenzfrequenz auf das 1,5-fache der Signalbandbreite eingestellt ist, um hochfrequentes Rauschen zu reduzieren. Ein bestimmtes medizinisches Gerät nutzt diese Technologie, um die Signalleitungsstrahlung um 8 dB zu reduzieren.
Taktsignalverarbeitung: Verlängern Sie die Anstiegsflankenzeit des Taktsignals und reduzieren Sie seine hochfrequente harmonische Amplitude. Oder reduzieren Sie die Taktfrequenz (z. B. von 15 MHz auf 8 MHz) und verschieben Sie die harmonischen Frequenzpunkte außerhalb des Testfrequenzbands. Ein bestimmtes einzelnes Panel reduziert den 150-MHz-Strahlungswert durch Frequenzreduzierungsdesign auf 1/20.
3. Erdung und Layoutoptimierung
Einzelpunkterdung: In Niederfrequenzkreisen (<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.
Mehrschichtiges PCB-Design: In einer vierschichtigen Leiterplatte werden unabhängige Schichten und Leistungsschichten eingerichtet, und Verbindungen zwischen den Schichten werden durch Durchkontaktierungen erreicht, um elektromagnetische Kopplung zu reduzieren. Eine bestimmte Schienenverkehrsausrüstung reduziert durch diese Anordnung die Strahlungsemission um 12 dB.
Isolierung empfindlicher Module: Teilen Sie das Layout von analogen Schaltkreisen, digitalen Schaltkreisen und Leistungsschaltkreisen in Zonen auf und setzen Sie Isolationsstreifen zwischen den Zonen ein, um Signalüberschneidungen zu reduzieren. Ein bestimmter intelligenter Zähler hat durch dieses Design die ESD-Ausfallrate um 90 % reduziert.
4, Branchenpraxis und Fallanalyse
Fall 1: Behebung übermäßiger Strahlungsemission von industriellen Drucktransmittern
Ein bestimmter industrieller Drucktransmitter überschritt den Standard um 10 dB im Frequenzpunkt 300 MHz und wurde durch die folgenden Maßnahmen behoben:
Fügen Sie eine Abschirmungsabdeckung auf der Leiterplatte hinzu, um die ADC- und MCU-Module abzudecken und so die Abschirmungseffizienz um 15 dB zu erhöhen.
Ersetzen Sie die Strom- und Signalleitungen durch abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel. Nach der Erdung der Abschirmschicht nimmt die Strahlungsintensität um 8 dB ab;
Optimieren Sie die Leiterplattenverkabelung, verkürzen Sie die Leitungslänge für Hochfrequenzsignale und reduzieren Sie die Differenzmodusstrahlung um 5 dB.
Schließlich bestand das Gerät den Strahlungsemissionstest nach IEC 61000-4-3.
Fall 2: Behebung unzureichender ESD-Festigkeit von Industriesensoren
Bei einem bestimmten Industriesensor kam es bei einem Kontaktentladungstest mit ± 8 kV zu Funktionsstörungen. Zu den Korrekturmaßnahmen gehören:
Fügen Sie an den Nähten der Hülle leitfähige Gummipads hinzu, um die Abschirmwirkung auf 50 dB zu erhöhen.
Fügen Sie am Signaleingangsanschluss ein TVS-Diodenarray mit einer Klemmspannung von weniger als oder gleich 6 V hinzu, um den nachgeschalteten Schaltkreis effektiv zu schützen;
Optimieren Sie die Leiterplattenverkabelung, erhöhen Sie die Kupferfolienabdeckung auf Bodenebene und reduzieren Sie die ESD-Energiekopplung.
Schließlich bestand das Gerät den ESD-Test nach IEC 61000-4-2.
