车载双联屏产品的EMC风险评估

岳钢

摘 要：为应对智能座舱产品丰富的人机界面，车载双联屏越来越成为SUV车辆的标配产品，在享受新技术带来便利的同时，如何提高车载双联屏产品的EMC性能也成为很多汽车行业内EMC工程师需要面对的新问题。本文结合车载双联屏产品的设计特点提出了一些EMC设计风险的分析方向。

关键词：车载双联屏 EMC设计风险分析

从特斯拉使用大屏显示后，汽车内饰显示就开启了大屏时代，各大汽车公司都在开发自己的大屏车型，为汽车内饰提供了更多的科技感和现代感。尤其是近些年，整车设计引入了智能座舱设计理论，为了应对智能座舱丰富的人机界面，中控大屏和全液晶仪表显示也逐渐成为一种车载标配产品，其中SUV车型更是引领潮流的优先使用了双联屏和曲面屏等新型产品，当大屏显示器给我们行车带来便利的同时，其EMC性能也引来了众多电子工程师的关注，如何能够交付给车企合格滿意的产品也成为了大家共同努力的目标，下面就以双联屏为例，和大家分享一些双联屏产品的EMC风险评估方案。

1 双联屏液晶显示器的系统架构特点

图1是一种典型的双联屏显示方案的系统架构图，从该图中可以看到大屏显示的画面主要从车载主机中得到，该方案一方面可以降低屏幕的MCU配置，达到降本的目的，另一方面在多个车型上可以实现主机共用，从而达到平台开发的目的。

2 双联屏显示器的结构特点

图2是典型的双联屏产品的结构设计框架，液晶屏模组与PCB之间通过FPC相连，由于显示屏轻薄的设计方案，在液晶模组和PCB之间往往无金属部件遮挡，所以FPC上面的干扰信号极易从产品侧面泄露。另外，大屏的液晶设计也会造成静电电荷不能够快速的泄放，从而容易出现静电失效问题。

3 车载双联屏显示器的EMC风险分析

EMC问题除了与电子设计有直接关系外，与产品的PCB设计、结构设计也有很密切的关系，基于双联屏产品的设计特点，双联屏产品的EMC风险分析与评估可以从下面几个地方入手：

3.1 产品的背光电源

双联屏产品背光电源通常是采用DC-DC升压电路，DC-DC升压芯片的工作频率一般为100kHz～2MHz，因此该电路中的dv/dt和di/dt变化比较大，很容易在芯片内部的开关器件及芯片输出端产生较大的过冲电压和振铃，由此带来很强的EMI辐射。背光驱动的升压电路是产品1GHz以下的主要骚扰源，如果设计不当极易在双锥天线和对数周期天线的EMC测试中出现失效。

3.2 产品的接地设计

对于现在的双联屏产品，轻薄化已经成为一个趋势，在保证产品美观的同时如何提高产品的EMC性能，不光对电子设计提出了很高的要求，也对结构设计提出了更高的要求。从图2的结构设计图中可以看到在液晶模组与PCB之间需要绝缘支架对液晶模组进行固定，液晶屏与PCB之间的电气连接除了FPC排线外只有PCB的固定螺丝，这样的结构设计对于以前的小屏显示器是可以满足要求的，超过10寸的大屏显示器，如果没有足够的泄放路径，在液晶屏耦合到干扰能量时极易出现亮线、白斑等异常现象，因此进行大屏显示器的结构设计时，液晶模组与PCB之间除了必要的螺丝进行电气连接外，还要增加金属弹片或导电泡棉等泄放路径，这样可以保证液晶屏在受到外界干扰后能够将干扰能量快速的通过多种途径泄放到PCB上。当干扰能量传导到PCB上以后，如果没有足够的地平面来吸收无用的干扰信号，那么这些干扰信号很有可能影响PCB上的LVDS电路和背光电路，导致产品出现闪屏或黑屏现象，这时可以将产品的金属支架作为一个大的地平面来对干扰信号进行吸收，可以通过在PCB与金属支架之间增加金属弹片和导电泡棉的设计来增加地的面积，从而提高产品的干扰能力。

3.3 产品的LVDS模块设计

产品的所有视频信号和控制信号都是通过LVDS从主机传给双联屏产品，LVDS信号的传输速率比较高，如果不对LVDS信号的电路设计和PCB进行严格控制，很容易造成产品的EMI和EMS测试失效。LVDS信号的电压摆幅只有350mV，适用于电流驱动的差分信号工作方式，因此LVDS信号的PCB走线要严格遵守差分阻抗（100±10）欧姆的要求。另外为了防止过长的走线导致信号劣化，在进行布局时要优先将LVDS芯片尽量布置在LVDS端口附近，这样可以保证LVDS的输入线路最短，降低信号被干扰的概率。

3.4 液晶屏的静电防护设计

大尺寸双联屏产品的静电设计是EMC设计中的一个难点。由于大尺寸的液晶显示屏驱动芯片不是安装在玻璃基片上，而是通过引线连接到FPC排线上的液晶驱动芯片，过长的ITO玻璃电极导线很容易受到外界电场的直接干扰，当整个产品的泄放路径设计的不好时，静电测试中液晶屏极易出现亮线、白斑等异常现象。当出现该现象时，一方面要调整双联屏整体设计方案，使耦合在液晶模组上的静电干扰能够迅速的通过液晶模组与PCB之间的固定螺丝和导电泡棉传导到PCB上，降低静电对液晶模组的影响;另一方面，需要液晶屏供应商改善液晶屏内的回流路径，防止静电能量影响屏内的芯片。在大尺寸双联屏产品进行静电测试时也会出现电容触摸屏误触发现象，当出现该现象时一方面可以通过调节触摸屏触摸敏感度的门限值来改善误触现象的发生，另一方面也可以适当增加单位时间内的检测次数来实现软件的防错设计，因为静电的误差现象都是瞬态干扰，在适当增加点触位置的检测次数后，可以降低误触现象发生的概率。在进行软件调节时，也要以基础的功能需求为前提，因为提高敏感度的门限值虽然可以改善静电误触现象的发生，但是会降低点触的敏感度，尤其是低温调节下会进一步降低触摸屏的反应速度，所以在进行软件条件时需要与触摸屏芯片供应商共同确定一个合适的门限值。

4 结语

对于大屏显示器的开发还处于发展阶段，后续会有更大、清晰度更高、更符合内饰美观要求的曲面屏和异面屏的开发，我们要在其特有的电子和结构设计的基础上进行详细的风险评估与分析，这样才能缩短产品的设计开发周期，提高产品的EMC一次通过率。

参考文献：

[1]吴仁钢，郭迪军，李旭.《汽车液晶显示屏的静电防护技术研究》.

[2]郑军奇.《EMC 设计分析方法与风险评估技术》.