【ＬＥＤ显示模组设计方法与电磁兼容】led背光显示模组

　　文章编号：1006-6268（2008）08-0054-04 　　摘要：从分析显示模组的设计方法及LED显示模组电磁辐射干扰现象入手，比较灯驱分离与灯驱一体电磁兼容（ＥMC）设计特点。从EMC线路设计、屏蔽、吸波、滤波技术以及合理的接地措施探讨电磁兼容对策。
　　关键词：LED显示屏；电磁兼容
　　中图分类号：TN312+.8文献标识码：A
　　
　　LED Display Module Design and Electromagnetic Compatibility (EMC)
　　WANG Qiao-li，XIA Zhi-qing
　　(Shenzhen SANSUN Hi-tech Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,China)
　　Abstract: From the display module design and LED display modules electromagnetic radiation harassment, compared with the lamp lights flooding from flooding one of electromagnetic compatibility (EMC) design features. EMC lines from design, shielding, absorbing and filtering technology, reasonable measures to investigate the grounding of electromagnetic compatibility (EMC) countermeasures.
　　Keywords：LED display；electromagnetic compatibility（ＥMC）
　　
　　前言
　　
　　LED显示屏使用的电源电压为220V，工作时需与计算机相连，国家认证监督管理委员会于2002年将LED室内电子显示屏列入《第一批实施强制性产品认证的产品目录》；信息技术设备中与计算机连用的显示设备，应经过强制性产品认证后，方可出厂、销售、进口，或者在其它经营性活动中使用。LED显示屏3C认证的难点是电磁兼容（electromagnetic compatibiliy，EMC）问题。各种电流信号，如时钟、数据、锁存、寻址等脉冲信号成为辐射干扰的辐射激励源，而内部的各种连接线缆及PCB上的布线，则会形成辐射通道的辐射器，形成对外电磁辐射干扰，本文就此论述LED显示模组灯驱分离与灯驱一体的电磁辐射干扰设计优劣。
　　
　　1 LED显示模组的电磁辐射干扰
　　
　　LED显示模组是由数字电路构成的显示单元。其高速的工作频率、同步的脉冲大电流驱动（15~50mA）以及数量极大的LED发光管引脚和接插件产生的干扰因LED显示面的需要而无法完全屏蔽，使得LED显示屏是一个电磁辐射干扰较大的电子设备。由于LED显示屏具有高速刷新功能，抗干扰的能力相对较强，一般能满足GB/T19954.2电磁兼容的要求。所以本文着重讨论LED显示模组的电磁辐射干扰，特别是灯驱分离与灯驱一体电磁辐射干扰。
　　1.1LED显示模组电磁辐射干扰源分析
　　LED显示板的LED灯板和LED驱动板，通过排针连接，简称灯驱分离。LED灯板与LED驱动板设计在一张线路板上，简称为灯驱一体。
　　由于LED显示屏采用全数字化灰度形成方法，完全依靠电流脉冲驱动灯板LED发光，因而在形成高品质图像时，所使用的信号频率也被同步地大幅度提高，产生变频电脉冲，频谱延伸非常宽，已经落入对其它电子设备产生干扰的频段内，电磁干扰幅度大。如果不采取EMC设计，产品将无法满足GB9254的要求。对于现有不采取EMC设计的LED显示模组，其主要的电磁干扰来源于以下方面，以灯驱分离为例说明。
　　
　　现有的灯驱分离，LED灯板与IC驱动板分离，通过大量的排针连接，灯板为双面PCB板，驱动板亦为双面PCB板。某一路信号导通时，产生差模辐射。如图1即形成闭环辐射。由于灯驱分离，其闭环的路径较长。差模电磁辐射值最大由公式（1）计算。得出减少信号闭环面积是最积极的办法，相对于灯驱一体的设计，由于其闭环面积大，其电磁辐射值要大。
　　E=131.6×10-16(f2AI)/r（1）
　　上述公式中，E为电场强度;单位V/m;f为电流频率，单位Hz;A为闭环面积（m2）;I为电流强度，单位A，r为观测点到电流环路的距离，单位m。
　　
　　某一路信号未闭合，将产生共模辐射，如图2所示。共模辐射，与信号路径长短有直接关系，其最大值为：
　　E=12.6×10-7×(fIL)/r(2)
　　其中L为路径长度，单位为m。灯驱分离相对于灯驱一体，因为信号路径不同，显然LED灯板与驱动板分离，其电磁辐射要强。
　　上述公式，在同一线路设计和测试条件下，f、I、r相同，产生的差模与共模辐射强度直接与闭环面积和信号路径长短成正比。
　　现有的灯驱分离或者是灯驱一体，其PCB板按双面板设计，其设计缺乏有效的屏蔽措施，合理的接地措施。对器件的布局，因要考虑设计需要和热量管理，也很难保证IC或LED灯合理布局，加之对LED显示模组设计的电流高频信号及实际使用的需求设计，控制电磁辐射仍非常困难。因此，灯驱分离或灯驱一体的双面PCB板的设计，是一种不合理的EMC设计。
　　
　　2LED模组PCB板电磁辐射EMC设计要点
　　
　　抗电磁辐射EMC线路板设计要点分为屏蔽、滤波，以及器件合理布局。
　　2.1屏蔽
　　由于双层线路板构成LED显示模组，其发光面是无法屏蔽的，因此，线路设计用双层PCB是一种不合理的设计。采用四层PCB设计，将是比较理想的屏蔽办法。对于大间距像素模组，采用四层PCB设计，灯驱合一将有效改善电磁辐射;对于小间距像素模组，在考虑LED显示模组的热量管理的前提下，采用灯板和驱动板分离，都用四层PCB板做灯驱分离设计，也能较好地解决屏蔽的问题。
　　线路设计中，供电电源走线路板一面，而地线走另一面的重合部分，供电电源线尽量与地线靠近，LED灯在显示面只保留焊盘，布线层是中间层。这样既解决屏蔽问题，又充分考虑减少差模发射的闭环面积，从而减少辐射量。
　　2.2器件的合理布局将减少线路差模辐射和共模辐射
　　滤波及器件的合理分布是在热量管理优先的前提下，实现减少闭环面积和缩短高频信号传输距离。由于线路闭环面积及传输距离与对外电磁辐射成正比。减少面积或传输距离，就能减少辐射量。特别要关注时钟、数据及扫描驱动的闭环面积和传输距离，因为这些信号是电路中频率最高的，应尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。
　　环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。
　　防止信号线在不同层间形成闭环。在多层板设计中容易发生此类问题，闭环将引起辐射干扰。
　　
　　2.3滤波是线路设计必须的环节
　　在IC电源与地之间设置合适的去耦电容，引线要短，把地线设计成一个地线面，能使辐射的环路变得最小。在地线环路中设置多个与外壳串联的高耐压陶瓷电容，使得滤波屏蔽的效果更好。在印制版上增加必要的去耦电容，滤除电源上的干扰信号，使电源信号稳定。在多层板中，对去耦电容的位置一般要求不太高，但对双层板，去耦电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性，有时甚至关系到设计的成败。在设计时，还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差。能否正确地使用去耦电容，关系到整个板的稳定性。
　　
　　2.4走线的方向控制规则
　　相邻层的走线方向应成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。
　　
　　3线路板接口端子连线设计
　　
　　线路板接口端子连线设计是线路板外围辐射干扰重要环节。通常的做法是加装滤波装置和安装铁氧体磁环，更进一步的做法是尽量减少扁平线电缆，而使用双绞线或同轴电缆，外加�氧体磁环。线缆的长度尽可能短。在通信距离较远的场所，最好的办法是使用光缆。
　　
　　4结论
　　
　　综上所述，为抑制电磁辐射干扰，完成LED显示屏3C认证，线路板的设计是最为关键的环节，改变设计理念，是规范电磁兼容线路设计必不可少的步骤，对推动LED显示屏行业健康发展，提高行业的整体素质是十分有意义的，特别是对推动各种认证、提高国际竞争力尤为重要。
　　
　　参考文献
　　[1]陆荣庆.LED显示屏电磁兼容（EMC）探讨[J].现代显示，2008，（S0）：27-30.省略。