基于显示屏EMC防护在汽车座舱控制系统研究

林琦

摘 要：随着电子科技技术的进步及更新，传统意义上机械式操作的汽车音响，空调，仪表已经被越来越多的电子化产品所覆盖。在不断的电子技术变更过程中，对于各种电控产品的EMC要求也不断提高。基于此本文对于汽车音响，仪表等有TFT显示部分EMC的防护措施进行分析，并且围绕汽车音响显示屏部分EMC为中心诠释综合系统设计理念。提高汽车座舱控制系统的抗干扰能力及防护能力。

关键词：EMC防护 汽车音响显示屏 特点

Research on Control System of Automobile Cockpit Based on Display EMC Protection

Lin Qi

Abstract：With the advancement and update of electronic technology， mechanically operated car stereos， air conditioners， and meters have been covered by more and more electronic products in the traditional sense. In the process of constant electronic technology changes， EMC requirements for various electronic control products are also continuously increasing. Based on this， this article analyzes the EMC protection measures of car audio and instrumentation with TFT display， and interprets the comprehensive system design concept around the EMC of the car audio display， so as to improve the anti-interference ability and protection ability of the car cockpit control system.

Key words：EMC protection， car audio display， features

1 引言

目前的汽車类电子正处高速发展并转型的阶段，主要是往共享，互联，智能，电动化方向发展。汽车音响等电子类产品是整车娱乐系统的核心部件，传统的机械式按键已经转变为触摸式电子按键，以收音机功能为主体的人机沟通界面变成以导航，整车信息为主的操作界面，所以针对越来越多的技术变更，如何使众多的电子器件在汽车座舱内安全的，稳定的工作是汽车行业需要关注的重要问题。

2 EMC的特点

电磁兼容技术（EMC）主要是由电磁干扰引起的。电磁干扰是指电气装置或者电气系统不产生干扰或不受环境干扰，工作在指定环境中的稳定工作的能力。汽车上的电磁兼容（EMC）是研究在有限的空间，有限的时间，有限的频谱资源条件下，汽车上使用各种的电气设备（系统，分系统，甚至包含生物体）可以共存并不会引起降级的一门科学。汽车上的电磁兼容（EMC）主要包含：

ESD：静电是一种客观存在的现象，产生的方式有很多种，比如：接触，摩擦，电气感应等。在汽车座舱内的ESD研究主要是人体对中控台上各种电器释放静电的过程，由于静电会对电子部件造成突发损伤和潜在性损伤两种，突发性损伤会使电子部件失去作用，潜在损伤会使电子部件工作状态不稳定。所以需要在被释放的电子部件上找出一条回路最短，损伤影响最小的静电泄放路径，避免电子部件受到损伤。

RE：辐射骚扰测试，包含空间辐射和磁场辐射测试。辐射骚扰主要是指能量以电磁波的形式发射到空中，或者以电磁波形式在空间传播对周边产品的影响。辐射超标会对周围的装置，设备或系统性能降低，干扰信息技术设备或其他电子产品的正常工作，并且会对人体造成一定的危害。

CE：传导发射是指电气和电子设备在工作时候产生的电磁干扰。主要是设备在工作的过程中其内部的各种控制芯片，解码芯片以及开关电源产生的传导性干扰，干扰会沿着电源线，地线以及信号线进行传输影响外部工作的仪器及设备。

RI：电磁场抗干扰度主要是设备抵抗外部空间发射的电磁干扰，例如：电台广播，发射机站，各种工业电磁源等设备产生的空间电磁波和辐射干扰.对主要设备进行干扰。辐射的超标会对主要设备造成性能及功能可恢复的故障，更加严重的会造成损坏性的故障现象。

3 EMC对汽车音响显示屏设计的意义

我国汽车音响事业与国外发达国家比较，虽然起步比较晚，但是经过近30年的发展，从成功引用先进的研发技术，平台设计理念，到成为全球概念研发的前沿，经历了跨时代的华丽转身。随着5G技术的普及，汽车音响会向更全面更高的方向发展。 现阶段的汽车音响运用越来越多的数字化的元件，例如数字调谐器，ARM，EMMC，DDR等，并且有独立的操作系统，也可以安装各种类型的APP，相当于MINI版本的电脑。目前的汽车音响需要显示导航信息，整车状态信息以及娱乐功能信息等，显示屏作为汽车音响和车主之间的沟通桥梁有着十分重要的作用，在多种数字电路工作的环境下，为了保证显示屏可以正常的工作，必须在产品设计的过程中，引入EMC的设计理念，用于改善由需求造成的设计隐患。利用成熟的EMC设计理念可以使显示屏部分的稳定性提高;在产品原理图绘制，LAYOUT线路布局的阶段利用经验共享方式节省开发时间;运用较少的成本使系统更加稳定、安全、方便、快捷，可以让汽车音响显示屏组件有着更广阔的发展方向及市场空间。使得整车空间设计有多种的选择，同时也为汽车行业的发展提供更多革新思路。

4 以EMC设计为基础的汽车音响显示屏系统设计主要模式

汽车音响显示屏部分是相对复杂的一个系统，主要功能部件包含：触摸屏，显示屏，装载控制芯片的LAYOUT板，它们不属于同一个2D开发平面内，只能通过结构部件将其联系到一起，EMC设计需要处理好单个功能部件的电磁敏感度，还需要处理好合体部件稳定性。

汽车音响系统分为显示屏系统和主机系统两部分，而将两个系统串联到一起的方式有很多种，板对板插连，FFC/FPC连接，LVDS通讯等。目前用双绞线通讯LVDS信号的方式，是显示屏系统和主机系统的主流连接方式。较长的双绞线在RE/CE/RI/ESD各个试验项都会产生隐患，EMC设计需要降低各类实验的风险限值，使产品在恶劣环境下的保持稳定的工作状态。

4.1 触摸屏EMC设计要求

触摸屏是汽车音响显示屏对外环境的第一层，主要考虑的是ESD/RE的防护方式。电路设计方案分为COF和COB两种，结构设计方案性价比较高的方式采用空气贴合，而空气贴合的使用造成不论COF和COB哪种设计方案，都会使显示屏和面板之间漏出一条缝隙。EMC中的ESD测试会使静电沿着缝隙注入触摸屏的FPC线上，干扰及损坏触摸芯片的工作状态，出现触屏无作用的现象。EMC设计要求在FPC连接线靠近缝隙的一面贴一层EMI材料或铜皮，并使EMI材料或铜皮和显示屏系统大地相连，给静电一条最近的回路通道泄放能量。如果是COF的设计方案还需要在触摸芯片的底层做一个SUS的钢化补强板，直接和控制板PCB的地相连，用于泄放残留电荷。如果是COB的设计方案，负责通讯的ITO走线尽量放在PCB的同一层面，给ITO的背面保留完整的地用于耦合通讯过程中的信號串扰。

4.2 显示屏EMC设计要求

显示屏是汽车音响的主要部件，也是反应整个音响系统状态稳定的直观部件。主要考虑的是ESD/RE两种防护方式。显示屏的外围一般是由金属框架和金属背板组成，在设计时要让金属框架和金属背板有效相连接同地，悬浮没有地回路的金属件会导致静电乱走，会导致显示抖屏，显示黑屏，显示乱码等现象。

RE是显示屏部件比较难处理的试验，常用的方式有：

展频：展频技术是一种常用的无线电通讯技术，分为跳频技术和直接序列两种方式，汽车音响显示屏常用跳频技术，显示屏部分的LVDS通讯信号的主时钟通常是在50MHZ到100MHZ之间，脉冲的峰值能量非常强，会产生空间电磁干扰，时钟信号奇数倍频点也会有较强的干扰，展频技术是通过削波的方式降低脉冲所产生的电磁干扰，使峰值点的电磁强度均摊到周围频点。

差分阻抗匹配：主要用于LVDS信号传输线上，由此达到高频限号都可以传递至负载点的目的，并且不会有信号反射回源点。信号源内阻和所接传输线的特性阻抗大小相等，传输线的特性阻抗和所接负载阻抗的大小相等。显示屏LVDS通讯信号到主机显示处理芯片之间的载体过多，载体材质也不相同，所以只有相同的阻抗才能减少衔接过程中的多余能量，造成辐射超标的现象。

镜像地：镜像地是临近信号层的一层敷铜平面，主要作用是降低回流噪声，降低辐射强度，防止信号反射的作用。镜像地在汽车音响显示屏部分运用方式很多，运用的位置也很多，比如：显示屏FPC排线需要用两层，一层信号层，一层全铺铜做镜像地;连接器：使信号地和大地分开连接，大地做镜像地;PCB上的LVDS通讯线底层悬空部位用导电棉做镜像地等等。

4.3 LAYOUT EMC设计要求

LAYOUT在显示屏组件中有着重要的作用，承载着控制芯片， 开关电源以及解码芯片等多种功能性集成元件，是显示屏和触摸屏的信号地回路的重要环节， EMC测试内容主要考虑RE的部分，除了以上所提到的镜像地，差分阻抗等内容外，还需要注意对部分辐射干扰强度比较大的元件增加屏蔽罩，基本原理是用完整的金属屏蔽体，将近场RE测试中电磁干扰比较大的元件封闭起来，使其外部的电磁场强度低于允许值的一种措施;或者也可以用吸波材料将电磁敏感电路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许的一种措施。

4.4 连接部件设计要求

在对通讯连接部分设计的过程中，应尽量避免通讯信号及通讯芯片暴漏在外界，在连接设备的外部添加一层和两个系统同地的屏蔽层，可以有效的屏蔽干扰信号的空间传输，相当于制作了缩小版本的法拉利笼，从而可以起到外部电磁波对内部电路和内部电路对外的影响，增加产品在RE实验 RI实验以及ESD实验的通过率。

5 结语

综上所述，EMC防护在汽车音响显示系统设计过程中，针对不同功能组件进行辅助设计以及模块化设计，使前屏系统设计符合各种苛刻测试需求。利用平台化EMC设计数据的精确性，可以广泛的应用到汽车各个零部件的设计中。通过对EMC防护在汽车音响显示屏上的成功应用，能够说明EMC防护可以在汽车座舱控制系统中有着重要的作用，可以使汽车上各种的电气设备（系统，分系统，甚至包含生物体）共存并且不会引起功能及性能损耗。