一, תקני בדיקת EMC תעשייתי ודרישות ליבה
בדיקת ה-EMC של ציוד תעשייתי חייבת לעמוד בשלושת-הרמות של הנציבות האלקטרוטכנית הבינלאומית (IEC), התקנים האירופיים (EN) והתקנים הלאומיים הסיניים (GB). פריטי הליבה של הבדיקה כוללים:
פליטה מוקרנת (RE): תדר הבדיקה מכסה 30MHz עד 1GHz, והציוד נדרש לקבל עוצמת שדה אלקטרומגנטי של פחות או שווה ל-40dB μ V/m (מרחק 10m) דרך אנטנה בתא אנכואי. אות השעון וההרמוניה שלו של ה-LCD עם הקוד השבור הם מקורות הקרינה העיקריים, ואם לא נעשה אופטימיזציה בעיצוב, הם נוטים לחרוג מהסטנדרט.
הפרעות מוליכות (CE): תדר הבדיקה הוא בין 150kHz ל-30MHz, ומתח ההפרעה בקו החשמל נמדד באמצעות רשת ייצוב עכבת קו (LISN). אם מודול המתח של ה-LCD המנותק אינו מאמץ את עיצוב הסינון, ייתכן שרעש בתדר- גבוה ישודר לרשת החשמל דרך קו החשמל, וישפיע על התקנים אחרים.
פריקה אלקטרוסטטית (ESD): על פי תקן IEC 61000-4-2, החל פריקת מגע של ± 8kV ופריקת אוויר ± 15kV על מעטפת הציוד והממשק. אם לוח המגע או הממשק של ה-LCD המנותק חסרים הגנה, ESD עלול לגרום לחריגות בתצוגה או נזק למעגל.
חסינות נחשול (SURGE): הדמיית פגיעות ברק או השפעות מיתוג זרם גבוה כדי לבדוק את יכולת הציוד לעמוד בפני מתחי נחשול. בסביבות תעשייתיות, LCD קוד שבור צריך לעמוד בפני השפעת נחשול של לפחות ± 2kV.
2, ניתוח מקורות הפרעות EMC ב-LCD עם קוד שבור
בעיית ה-EMC של LCD עם קוד שבור נובעת בעיקר מההיבטים הבאים:
הרמוניות של אותות שעון: מעגל ההנעה של LCD עם קוד שבור משתמש בדרך כלל בשעון בתדר- גבוה (כגון 15MHz), שיוצר הרמוניות מרובות (כגון 150MHz ו-300MHz) לאחר הרחבת סדרת פורייה. אם אות השעון אינו מסונן או מסוכך, הרמוניות עלולות להקרין לחלל דרך חיווט PCB או מחברים, ולגרום ל-RE לחרוג מהתקן.
רעש אספקת חשמל: אם מודול המתח של ה-LCD המנותק אינו משתמש במסנן מסוג π - או במשרן מצב נפוץ, הרעש-תדר הגבוה של ספק הכוח המחליף (כגון 100kHz עד 1MHz) עלול להיות מוליך לרשת החשמל דרך קו החשמל, ולגרום לבעיות CE.
צימוד ממשק: אם ממשק האותות של ה-LCD המנותק (כגון SPI, I2C) אינו משתמש בבידוד אופטו-אלקטרוני או מגנטי, הפרעה חיצונית עלולה להתחבר למעגל הנהג דרך קו האות, וכתוצאה מכך תצוגה חריגה.
פגמים בפריסת PCB: אם קווי אות- גבוהים (כגון קווי שעון) אינם מנותבים בצורה דיפרנציאלית, או הארקה דיגיטלית והארקה אנלוגית אינם מבודדים על ידי חרוזים מגנטיים, זה עלול ליצור הפרעות בלולאת הארקה ולהפחית את חסינות ה-ESD.
3, מערכת טכנולוגיית הגנה EMC עבור LCD עם קוד שבור
בתגובה למקורות ההפרעות שהוזכרו לעיל, יש לבנות מערכת הגנה ל-LCD עם קודים שבורים משלושה היבטים: בחירת חומר, עיצוב מבני ואופטימיזציה של מעגלים
1. אופטימיזציה של חומרים ומבנים
ציפוי מוליך: ריסוס שכבה מוליכה ITO על פני מסך התצוגה כדי לשלוט בהתנגדות פני השטח בטווח של 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq, שיכולה לפרוק במהירות חשמל סטטי ולשפר את חסינות ה-ESD ל- ± 8kV.
עיצוב כיסוי מיגון: הוסף כיסויי מיגון של רדיד נחושת באזורים מרכזיים של ה-PCB, כגון ICs של מנהלי התקנים ומעגלי שעון, וחבר אותם לאדמה באמצעות חיבורים כדי להפחית את צימוד השדה-. משדר לחץ תעשייתי מסוים מפחית את עוצמת הקרינה בנקודת התדר של 300MHz ב-15dB באמצעות עיצוב זה.
מיגון כבל: קווי האות וקווי החשמל משתמשים בחוטים מסוככים בזוג מעוות, כאשר שכבת המיגון מסתיימת ב-360 מעלות לבית המחבר כדי להפחית את קרינת המצב הנפוץ. כונן סרוו תעשייתי מסוים הפחית את ההפרעות המוליכות ב-10dB באמצעות שיפור זה.
2. עיצוב אופטימיזציה של מעגלים
סינון הספק: הוסף מסנן מסוג π - למסוף קלט ההספק, עם ערכי השראות הנעים בין 100 μ H ל- 1mH וערכי קיבול הנעים בין 0.1 μ F ל- 10 μ F, כדי לדכא רעש דיפרנציאלי ומצב משותף. חיישן תעשייתי מסוים מפחית את מתח ההפרעה בקצה אספקת החשמל מתחת לערך הגבול באמצעות עיצוב זה.
סינון אותות: הוסף מסנן RC -נמוך לכניסת האות האנלוגי, עם תדר חיתוך המוגדר לפי 1.5 מרוחב הפס של האות, כדי להפחית רעש בתדר גבוה-. מכשיר רפואי מסוים משתמש בטכנולוגיה זו כדי להפחית את קרינת קו האות ב-8dB.
עיבוד אותות שעון: הארך את זמן הקצה העולה של אות השעון והקטין את המשרעת ההרמונית התדר הגבוהה- שלו; או להפחית את תדר השעון (כגון מ-15 מגה-הרץ ל-8 מגה-הרץ) ולהזיז את נקודות התדר ההרמוני אל מחוץ לפס תדר הבדיקה. פאנל בודד מסוים מפחית את ערך הקרינה של 150MHz ל-1/20 באמצעות עיצוב הפחתת תדר.
3. אופטימיזציה של הארקה ופריסה
הארקה נקודתית אחת: במעגלים-תדרים נמוכים (<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.
עיצוב PCB רב-שכבתי: ב-PCB של ארבע שכבות, מוגדרות שכבות ושכבות כוח עצמאיות, וחיבורים בין-שכבתיים מושגים באמצעות דרך להפחתת צימוד אלקטרומגנטי. ציוד מסויים למעבר מסילה מפחית את פליטת הקרינה ב-12dB באמצעות פריסה זו.
בידוד מודול רגיש: חלק את הפריסה של מעגלים אנלוגיים, מעגלים דיגיטליים ומעגלי חשמל לאזורים, והגדר רצועות בידוד בין אזורים כדי להפחית הפרעות צולבות אותות. מד חכם מסוים הפחית את שיעור הכשל ב-ESD ב-90% באמצעות עיצוב זה.
4, פרקטיקה בתעשייה וניתוח מקרים
מקרה 1: תיקון פליטת קרינה מוגזמת ממשדרי לחץ תעשייתיים
משדר לחץ תעשייתי מסוים חרג מהתקן ב-10dB בנקודת התדר של 300MHz, ותוקן באמצעות האמצעים הבאים:
הוסף כיסוי מיגון על ה-PCB כדי לכסות את מודולי ה-ADC וה-MCU, להגדיל את יעילות המיגון ב-15dB;
שנה את קווי המתח והאות לחוטים מסוככים בזוג מעוות. לאחר הארקת שכבת המיגון, עוצמת הקרינה יורדת ב-8dB;
בצע אופטימיזציה של חיווט PCB, קצר- את אורך קו האות בתדר גבוה והפחת קרינת מצב דיפרנציאלי ב-5dB.
לבסוף, המכשיר עבר את מבחן פליטת הקרינה של IEC 61000-4-3.
מקרה 2: תיקון חסינות ESD לא מספקת של חיישנים תעשייתיים
חיישן תעשייתי מסוים חווה חריגות תפקודיות במהלך בדיקת פריקת מגע של ± 8kV. אמצעי התיקון כוללים:
הוסף רפידות גומי מוליכות בתפרים של המעטפת כדי להגביר את יעילות המיגון ל-50dB;
הוסף מערך דיודות TVS במסוף כניסת האותות עם מתח מהדק של פחות או שווה ל-6V כדי להגן ביעילות על המעגל במורד הזרם;
בצע אופטימיזציה של חיווט PCB, הגדל את כיסוי רדיד הנחושת בגובה הקרקע והפחת את צימוד האנרגיה של ESD.
לבסוף, המכשיר עבר את מבחן IEC 61000-4-2 ESD.
