【使用发射信道模型降低液晶显示屏电磁干扰】 广告液晶显示屏价格

　　摘要：本文介绍一种发射通道模型来仿真液晶显示屏所产生的电磁干扰噪声。通道模型包含基于IEC 61967-2标准（横电磁波传输室的辐射发射）的封装、印刷电路板以及辐射柔性印刷电路板等模型来仿真电磁发射能量。最后，本文所用的仿真平台已经验证带有不同时序控制驱动器的真实37”液晶显示屏，而实验结果显示降低电磁干扰的效果极佳。配合所提出的发射通道模型，我们能够很容易的设计低发射驱动器，避免因电磁干扰问题所导致的成本增加。
　　关键词：电磁干扰；液晶显示屏;印刷电路板
　　
　　EMI Reduction for LCD Panels by Using Emission Channel Model
　　
　　Jerry Lai, CHEN Hong-ming , Evan Tsai, Carl Xiong
　　
　　Abstract: This paper presents an emission channel model to simulate electromagnetic interference （EMI） noise generated by Liquid Crystal Display （LCD） panel. The channel models contain the package, printed circuit boards （PCB） and the radiated flexible printed circuit （FPC） board model which based on IEC 61967-2 standard （transversal electromagnetic mode cell for radiated emission） to simulate electromagnet emission energy. Finally, this simulation platform is verified by a real 37” LCD panel with different T-Con driver, and the experimental result shows the good EMI reduction. With this emission channel model, we can design low-emission driver easily to prevent after-cost from EMI problem.
　　Keywords: EMI;LCD;PCB
　　
　　1介绍
　　
　　液晶显示器以其体积小、厚度薄、重量轻、耗能少、无电磁辐射、画面无闪烁、避免几何失真、抗干扰等诸多优点被业界和用户一致看好。最近由于量产前阶段的液晶面板尺寸和运行频率的显著增加，要求越来越高的清晰度，传输的数据量也增大，如何降低来自液晶面板的发射噪声成为一个重大课题。在传统观念中．液晶显示器是不受电磁干扰的。但这种观念并不完全正确。虽然相比CRT显示器，液晶显示器受电磁干扰的影响较小，但如果其内部的整流滤波电路或IT0线路本身存在不良或不完善的地方，就可能因电磁干扰造成液晶显示器出现异常。
　　TFT-LCD系统由两个部分组成：LCD控制模块和LCD面板模块，时序控制器（T-Con）芯片在LCD面板模块上。电磁干扰的主要源头之一即为时序控制器芯片的mini-LVDS驱动器。TCON主要执行LVDS转Mini-LVDS/RSDS（以驱动source driver）、去SSC、gamma校正、dither/frc等功能。具有高附加值的产品还会增加RTC（Overdrive）,甚至DBC（dynamic backlight control）等算法功能。对于大尺寸的液晶显示面板，时序控制器模块的设计相对复杂。因为在高分辨率显示系统中，时钟频率很高，所以在基于时钟信号产生时序控制信号以前，需要先对同步时钟进行扩频处理，以减小电磁干扰，使其通过电磁兼容测试（EMC）。为了解决大尺寸液晶面板电磁干扰问题，通过采用移除”天线效应”的传统方法将在未来变得不够完善。
　　通常在时序控制器电路中，mLVDS是时序控制器和液晶显示屏源驱动器（X-Driver）之间的接口，利用LVDS方式可以极大地提高液晶显示屏的抗电磁干扰能力[1-2]。时序控制器信号会穿过两块印制电路板（PCB），一块控制板（C-Board）和一块通过柔性印刷电路板（FPC）连接起来的源板（X-Board）。通常在液晶面板处于低频范围处理电磁干扰问题时（30~300MHz），短期的解决方法会采取柔性印刷电路板屏蔽金属箔。然而不幸的是，任何采用增加铜箔的方法来提升讯号完整性或电磁干扰性能的努力，都因为成本节约的因素而不得不放弃。因此，如何来为柔性印刷电路板发射的行为进行建模从而阻止来自柔性印刷电路板的辐射对时序控制器信号的影响，就成为了本论文的重点。
　　
　　2针对发射的时序控制器通道建模
　　
　　为了模拟时序控制驱动器的电磁干扰，时序控制器信号路径的被动要素，如封装，印制电路板 走线，柔性印刷电路板连接器和液晶显示屏驱动负载，必须被建模并且被关联起来。关于封装和柔性印刷电路板发射模型关联性的详细描述将会在后面讨论。
　　
　　 2.1封装模型和相互关系
　　 在这篇文章中，芯片引线框架（Leadframes）类型的封装模型被分成两个T-model系统来描述焊接线和封装引线。在封装等价系统中的初始RLC矩阵是通过三维准静态（Quasi-static）电磁场解决方案在100MHz的频率下计算得出的。然而，不是每个封装模型都可以从封装供应商获取或从芯片设计公司提取。为了快速地产生引线框架类型的封装模型，提出一个统计学考虑RLC等因素对电路的干扰的计算方法，并且用数值分析法建立TFT-LCD三维模型与三维电磁干扰解决方案同3D EM解决方案（Ansoft/HFSS）的相互关系从0Hz到2.5GHz具有很好的一致性（如图1所示）。
　　 总的说来，这种RLC模型是通过准静态电磁场的解决方案，并且在100MHz仿真频率的抽取标准下来计算的。许多种封装模型都很容易从封装供应商的网站下载到相关信息，然而，也并不是每个封装模型都能够从其中获得。虽然系统设计者可以从他们的封装供应商那边索取模型，但是这仍然要花数周的时间才能得到。为了快速地产生引线框架类型的封装模型，基于现有的RLC模型，任何的引线框架封装模型都可以通过静态方法和自动程序来产生。在这篇研究报告中，RLC缩放公式与有形长度的对比如图2所示。
　　
　　 2.2 柔性印刷电路板发射模型和相互关系
　　 基于IEC 61967-2标准，我们通过使用横电磁波传输室（TEM-cell）来建立柔性印刷电路板发射模型。横电磁波传输室是由美国国家标准局的Crawfordt[3]提出的一种能产生均匀、标准横电磁波以模拟自由空间电磁波的一种场强计量装置。它广泛应用于电子设备的辐射敏感度测试和辐射发射测试，还可用于电磁场生物效应的研究和场探头的校准试验。由于横电磁波传输室两端呈楔形结构，易产生谐振现象，从而限制了其上限使用频率范围。确定横电磁波传输室谐振频率的一种经典方法是Hill[4]提出的经验公式法。本文采用”三维有限元法”分析了横电磁波传输室的高次模截止频率和谐振频率。在图3中显示了该模型由使用圆环状天线引起的相互关系。该结果显示模型对比会很好的协调直至850MHz。一旦横电磁波传输室建模完成，柔性印刷电路板的三维发射模型才会被建立到横电磁波传输室内。
　　
　　 2.3 时序控制器通道模型和相互关系
　　 基于真实的液晶面板并带耦合效应的三个不同的通道对（Pairs）已经被成功提取。该通道模型不管是在不同的还是相同的阻抗截面都有良好的关联性。图4显示了同仿真结果相比时序控制驱动器在真实液晶面板的输出信号波形测量有很好的一致性。
　　
　　3实验结果
　　
　　针对电磁干扰评估（如图5所示），我们采用了两种不同时序控制驱动器的发射通道模型。通过发射建模的使用，我们发现来自时序控制驱动器的普通模式电压如主要的电磁干扰噪声一样工作。电磁干扰来源的根本原因也已通过仿真证实（如图6所示）。图7显示了横电磁波传输室输出信号的FFT仿真结果，结果证明T-Con driver-A（T-ConA）本身的发射等级比driver-B（T-ConB）更差。最后，我们从37” 液晶显示器模块（如图8所示）6x3x3 m3电磁干扰室的扫描结果得出了同样的趋势。
　　
　　4结论
　　
　　 在本文中，我们提议用发射通道模型来仿真时序控制芯片的电磁干扰性能。仿真的完成可以理解时序控制器的发射同封装、印制电路板和辐射柔性印刷电路板模型的行为。通过该发射通道模型，我们可以设计低发射时序控制驱动器，使得液晶面板应用可以更容易的避免来自电磁干扰问题的后续成本上升。
　　
　　参考文献
　　[1]刘正，赵鹤鸣. 基于LVDS技术的LCD抗电磁干扰性能的改善[J] 江苏电器.2006,（01）
　　[2]杜荣茂,徐立新,丁国勇. 用LVDS技术改进LCD控制器的电磁兼容性[J] 安全与电磁兼容. 2004,（06）
　　[3] M. L. Crawford, “Generation of standard EM fields using TEM transmission cells,” IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 16, pp. 189-195, 1974
　　[4] D. A. Hill, “Bandwidth limitations of TEM cells due to resonances,” J. Microw. Power, vol. 18, no. 2, pp. 181-195, 1983
　　
　　作者简介
　　赖颖俊,设计部,经理,智原科技（上海）有限公司；
　　陈宏铭,技术部,总监,智原科技（上海）有限公司；
　　蔡裕文,设计部,协理,智原科技（上海）有限公司；
　　熊凯,技术部,工程师,智原科技（上海）有限公司。