汽車座艙控制系統顯示屏EMC防護

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摘要：隨著電子科技技術的進步及更新，傳統意義上機械式操作的汽車音響，空調，儀表已經被越來越多的電子化產品所覆蓋。在不斷的電子技術變更過程中，對于各種電控產品的EMC要求也不斷提高。基于此本文對于汽車音響，儀表等有TFT顯示部分EMC的防護措施進行分析，并且圍繞汽車音響顯示屏部分EMC為中心詮釋綜合系統設計理念。提高汽車座艙控制系統的抗干擾能力及防護能力。

關鍵詞：EMC防護汽車音響顯示屏特點

1引言

目前的汽車類電子正處高速發展并轉型的階段，主要是往共享，互聯，智能，電動化方向發展。汽車音響等電子類產品是整車娛樂系統的核心部件，傳統的機械式按鍵已經轉變為觸摸式電子按鍵，以收音機功能為主體的人機溝通界面變成以導航，整車信息為主的操作界面，所以針對越來越多的技術變更，如何使眾多的電子器件在汽車座艙內安全的，穩定的工作是汽車行業需要關注的重要問題。

2emc的特點

電磁兼容技術（EMC）主要是由電磁干擾引起的。電磁干擾是指電氣裝置或者電氣系統不產生干擾或不受環境干擾，工作在指定環境中的穩定工作的能力。汽車上的電磁兼容（EMC）是研究在有限的空間，有限的時間，有限的頻譜資源條件下，汽車上使用各種的電氣設備（系統，分系統，甚至包含生物體）可以共存并不會引起降級的一門科學。汽車上的電磁兼容（EMC）主要包含：ESD：靜電是一種客觀存在的現象，產生的方式有很多種，比如：接觸，摩擦，電氣感應等。在汽車座艙內的ESD研究主要是人體對中控臺上各種電器釋放靜電的過程，由于靜電會對電子部件造成突發損傷和潛在性損傷兩種，突發性損傷會使電子部件失去作用，潛在損傷會使電子部件工作狀態不穩定。所以需要在被釋放的電子部件上找出一條回路最短，損傷影響最小的靜電泄放路徑，避免電子部件受到損傷。RE：輻射騷擾測試，包含空間輻射和磁場輻射測試。輻射騷擾主要是指能量以電磁波的形式發射到空中，或者以電磁波形式在空間傳播對周邊產品的影響。輻射超標會對周圍的裝置，設備或系統性能降低，干擾信息技術設備或其他電子產品的正常工作，并且會對人體造成一定的危害。CE：傳導發射是指電氣和電子設備在工作時候產生的電磁干擾。主要是設備在工作的過程中其內部的各種控制芯片，解碼芯片以及開關電源產生的傳導性干擾，干擾會沿著電源線，地線以及信號線進行傳輸影響外部工作的儀器及設備。RI：電磁場抗干擾度主要是設備抵抗外部空間發射的電磁干擾，例如：電臺廣播，發射機站，各種工業電磁源等設備產生的空間電磁波和輻射干擾.對主要設備進行干擾。輻射的超標會對主要設備造成性能及功能可恢復的故障，更加嚴重的會造成損壞性的故障現象。

3EMC對汽車音響顯示屏設計的意義

我國汽車音響事業與國外發達國家比較，雖然起步比較晚，但是經過近30年的發展，從成功引用先進的研發技術，平臺設計理念，到成為全球概念研發的前沿，經歷了跨時代的華麗轉身。隨著5G技術的普及，汽車音響會向更全面更高的方向發展。現階段的汽車音響運用越來越多的數字化的元件，例如數字調諧器，ARM，EMMC，DDR等，并且有獨立的操作系統，也可以安裝各種類型的APP，相當于MINI版本的電腦。目前的汽車音響需要顯示導航信息，整車狀態信息以及娛樂功能信息等，顯示屏作為汽車音響和車主之間的溝通橋梁有著十分重要的作用，在多種數字電路工作的環境下，為了保證顯示屏可以正常的工作，必須在產品設計的過程中，引入EMC的設計理念，用于改善由需求造成的設計隱患。利用成熟的EMC設計理念可以使顯示屏部分的穩定性提高；在產品原理圖繪制，LAYOUT線路布局的階段利用經驗共享方式節省開發時間；運用較少的成本使系統更加穩定、安全、方便、快捷，可以讓汽車音響顯示屏組件有著更廣闊的發展方向及市場空間。使得整車空間設計有多種的選擇，同時也為汽車行業的發展提供更多革新思路。

4以EMC設計為基礎的汽車音響顯

示屏系統設計主要模式汽車音響顯示屏部分是相對復雜的一個系統，主要功能部件包含：觸摸屏，顯示屏，裝載控制芯片的LAYOUT板，它們不屬于同一個2D開發平面內，只能通過結構部件將其聯系到一起，EMC設計需要處理好單個功能部件的電磁敏感度，還需要處理好合體部件穩定性。汽車音響系統分為顯示屏系統和主機系統兩部分，而將兩個系統串聯到一起的方式有很多種，板對板插連，FFC/FPC連接，LVDS通訊等。目前用雙絞線通訊LVDS信號的方式，是顯示屏系統和主機系統的主流連接方式。較長的雙絞線在RE/CE/RI/ESD各個試驗項都會產生隱患，EMC設計需要降低各類實驗的風險限值，使產品在惡劣環境下的保持穩定的工作狀態。

4.1觸摸屏EMC設計要求

觸摸屏是汽車音響顯示屏對外環境的第一層，主要考慮的是ESD/RE的防護方式。電路設計方案分為COF和COB兩種，結構設計方案性價比較高的方式采用空氣貼合，而空氣貼合的使用造成不論COF和COB哪種設計方案，都會使顯示屏和面板之間漏出一條縫隙。EMC中的ESD測試會使靜電沿著縫隙注入觸摸屏的FPC線上，干擾及損壞觸摸芯片的工作狀態，出現觸屏無作用的現象。EMC設計要求在FPC連接線靠近縫隙的一面貼一層EMI材料或銅皮，并使EMI材料或銅皮和顯示屏系統大地相連，給靜電一條最近的回路通道泄放能量。如果是COF的設計方案還需要在觸摸芯片的底層做一個SUS的鋼化補強板，直接和控制板PCB的地相連，用于泄放殘留電荷。如果是COB的設計方案，負責通訊的ITO走線盡量放在PCB的同一層面，給ITO的背面保留完整的地用于耦合通訊過程中的信號串擾。

4.2顯示屏EMC設計要求

顯示屏是汽車音響的主要部件，也是反應整個音響系統狀態穩定的直觀部件。主要考慮的是ESD/RE兩種防護方式。顯示屏的外圍一般是由金屬框架和金屬背板組成，在設計時要讓金屬框架和金屬背板有效相連接同地，懸浮沒有地回路的金屬件會導致靜電亂走，會導致顯示抖屏，顯示黑屏，顯示亂碼等現象。RE是顯示屏部件比較難處理的試驗，常用的方式有：展頻：展頻技術是一種常用的無線電通訊技術，分為跳頻技術和直接序列兩種方式，汽車音響顯示屏常用跳頻技術，顯示屏部分的LVDS通訊信號的主時鐘通常是在50MHZ到100MHZ之間，脈沖的峰值能量非常強，會產生空間電磁干擾，時鐘信號奇數倍頻點也會有較強的干擾，展頻技術是通過削波的方式降低脈沖所產生的電磁干擾，使峰值點的電磁強度均攤到周圍頻點。差分阻抗匹配：主要用于LVDS信號傳輸線上，由此達到高頻限號都可以傳遞至負載點的目的，并且不會有信號反射回源點。信號源內阻和所接傳輸線的特性阻抗大小相等，傳輸線的特性阻抗和所接負載阻抗的大小相等。顯示屏LVDS通訊信號到主機顯示處理芯片之間的載體過多，載體材質也不相同，所以只有相同的阻抗才能減少銜接過程中的多余能量，造成輻射超標的現象。鏡像地：鏡像地是臨近信號層的一層敷銅平面，主要作用是降低回流噪聲，降低輻射強度，防止信號反射的作用。鏡像地在汽車音響顯示屏部分運用方式很多，運用的位置也很多，比如：顯示屏FPC排線需要用兩層，一層信號層，一層全鋪銅做鏡像地；連接器：使信號地和大地分開連接，大地做鏡像地；PCB上的LVDS通訊線底層懸空部位用導電棉做鏡像地等等。

4.3LAYOUTEMC設計要求

LAYOUT在顯示屏組件中有著重要的作用，承載著控制芯片，開關電源以及解碼芯片等多種功能性集成元件，是顯示屏和觸摸屏的信號地回路的重要環節，EMC測試內容主要考慮RE的部分，除了以上所提到的鏡像地，差分阻抗等內容外，還需要注意對部分輻射干擾強度比較大的元件增加屏蔽罩，基本原理是用完整的金屬屏蔽體，將近場RE測試中電磁干擾比較大的元件封閉起來，使其外部的電磁場強度低于允許值的一種措施；或者也可以用吸波材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內部電磁場強度低于允許的一種措施。

4.4連接部件設計要求

在對通訊連接部分設計的過程中，應盡量避免通訊信號及通訊芯片暴漏在外界，在連接設備的外部添加一層和兩個系統同地的屏蔽層，可以有效的屏蔽干擾信號的空間傳輸，相當于制作了縮小版本的法拉利籠，從而可以起到外部電磁波對內部電路和內部電路對外的影響，增加產品在RE實驗RI實驗以及ESD實驗的通過率。

5結語

綜上所述，EMC防護在汽車音響顯示系統設計過程中，針對不同功能組件進行輔助設計以及模塊化設計，使前屏系統設計符合各種苛刻測試需求。利用平臺化EMC設計數據的精確性，可以廣泛的應用到汽車各個零部件的設計中。通過對EMC防護在汽車音響顯示屏上的成功應用，能夠說明EMC防護可以在汽車座艙控制系統中有著重要的作用，可以使汽車上各種的電氣設備（系統，分系統，甚至包含生物體）共存并且不會引起功能及性能損耗。

作者：林琦 單位：江蘇天寶汽車電子有限公司