液晶显示器的EMC分析与设计

局 部 去 耦 电 容 有 两 个 作 用 ：第 一 ，出 于 功 能 上 的考虑，通过电容的充放电使 IC 得到的供电电压比 较平稳，不会由于电压的暂时跌落导致 IC 功能受到 影响 ；第 二 ，出 于 EMC 考 虑 ，为 IC 的 瞬 变 电 流 提 供 就近的高频通道，使电流 不 至 于 通 过 环 路 面 积 较 大 的供电线路，从而大大减 小 了 向 外 的 辐 射 噪 声 。 同 时由于各 IC 拥有自己的高频通道，相互之间没有公 共阻抗，抑制了共阻抗耦 合 。 局 部 去 耦 电 容 安 装 在 每个 IC 的 电 源 端 子 和 接 地 端 子 之 间 ， 并 尽 量 靠 近 IC。
（2） 增 加 了 与 板 上 其 它 电 路 产 生 磁 场 耦 合 的 可能性；
（3）由于环 路 电 感 加 大 ，输 出 时 钟 波 形 容 易 产 生振荡；
图 4 穿过地层隔缝的视频信号轨线
3 液晶显示器中的 EM“ I 天线”
在 没 有 充 分 考 虑 EMC 设 计 的 液 晶 显 示 器 上 可 能会存在许 多 EM“ I 天 线 ”，它 们 不 仅 会 将 显 示 器 内 部电路产生的骚扰信号辐 射 出 去 ，而 且 也 可 能 将 显 示器外部环境中的电磁骚扰接收进来影响内部电 路的正常工作。这通常会造成其 EMC 测试不合格。 因而，寻找显示器上潜在的“天 线 ”并 将 它 的 影 响 抑 制到最小是非常重要的。 3.1 EM“ I 天线”之一
设 备 内 部 PCB 板 之 间 的 连 线 是 骚 扰 的 主 要 传 播 途 径 。这 些 连 线 虽 然 有 屏 蔽 ，但 是 屏 蔽 未 接 地 。用 电磁场探头探测，发现这 些 电 缆 线 上 有 较 大 的 电 磁 骚 扰 ，说 明 屏 蔽 并 没 有 起 作 用 。 为 此 ，将 屏 蔽 层 两 端 良好接地，最好用金属片 将 其 包 好 后 用 螺 钉 直 接 锁 到屏蔽体上。如实际无法 做 到 ，也 可 以 引 一 条 短 线 连到 PCB 板的地 线 上 ， 最 好 在 PCB 板 靠 近 端 口 处 做一些接地柱。经此处理后骚扰电平会有较大下 降 。 另 外 ，如 果 有 些 连 线 屏 蔽 较 困 难 ，则 可 以 套 上 铁 氧 体 磁 环 ，以 抑 制 其 高 频 辐 射 。
板间电容是指电 源 线 和 地 线 之 间 的 电 容 ，它 的 主要作用是去耦。板间电容可以通过增加电源层和
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电视技术 2003 年第 3 期 总第 249 期
INFORMATION TERMINAL
接地层间相对面积来增大。该台液晶显示器的主 PCB 中，一些接地面被布 到 了 电 源 层 。 移 去 这 些 接 地 面 ，用 电 源 隔 离 区 代 之 ，可 以 增 加 板 间 电 容 。 2.2 地层上的隔缝不要阻挡高频回流的通路
信息终端
文 章 编 号 ：1002-8692（2003）03-0054-03
液晶显示器的 EMC 分析与设计
·实用设计·
刘 萍，谭海峰，吴 然，沙 斐 （北方交通大学 抗电磁干扰研究中心，北京 100044）
【摘 要 】 以某厂家的液晶显示器为例，探讨此类高频电子产品 EMC 分析和 EMI 抑制的方法，并 提 出 了 改 进 方 案 。具 体 介 绍 了 PCB 板上的 EMC 设计，分析了液晶显示器中易被人们忽视的各种 EM“ I 天 线 ”，并 提 出 了 抑 制 方 法 。所 提 EMC 设 计 方 法 同 样适用于其它高频电子产品。
整体去耦电容又称旁路电容，它工作于低频 （亚 MHZ 范围）状态，为整个电路板提供一个电流
源，补偿电路板工作时产 生 的 !! 噪 声 电 流 ，保 证 工 作电源电压的稳定。它的大小为 PCB 上所有负载电 容之和的 50~100 倍。这台 液 晶 显 示 器 将 整 体 去 耦 电 容 放 在 了 印 制 线 密 度 很 高 的 地 方（见 图 2），这 是 不正确的。它一般应放置在紧靠 PCB 外接电源线和 地线的地方。所以应该将图 2 中的整体去耦电容移 开 ，这 不 仅 不 会 减 小 低 频 去 耦 ，而 且 还 会 为 PCB 上 布置关键性的印制线提供空间。
【关键词】液晶显示器；辐射骚扰；电磁兼容；电容去耦；电磁干扰 【Abstract】 This paper anaiyses the eiectromagnetic compatibiiity (EMC) of an LCD dispiay and provides some improvement
measures. The discussion about EMC anaiysis and design is compieted in two partsz One is about EMC design on PCB and the other discusses various kinds of "antennas" in an LCD dispiay which are easy to be ignored. The methods of EMC design given in this paper are aiso appiicabie to other eiectronic products operating at high freguencies. 【Key words】LCD monitor；radiated emission；eiectromagnetic compatibiiity（EMC）；capacitor decoupiing；EMI
2 PCB 设计上改进 EMC 性能
2.1 电容去耦 去 耦 电 容 在 补 偿 IC 电 路 或 电 路 板 工 作 电 压 跌
落时起到了储能作用。它 可 以 分 成 3 种 情 况 ：整 体 的、局部的和板间的。下 面 将 对 它 们 的 作 用 和 安 装 注意Байду номын сангаас项分别进行介绍。
图 2 整体去耦电容被错放在印刷线密集区示意图
图 1 液晶显示器内部结构简图
有 4 个屏蔽体放在液晶显示器的不同位置。屏 蔽体 1 笼罩着液晶显示电路；屏蔽体 2 包围着主 PCB；屏蔽体 3 覆 盖 了 屏 蔽 体 2， 并 与 屏 蔽 体 1 相 连；屏蔽体 4 罩着一个辅 助 PCB -变 换 电 路 PCB， 它为液晶显示电路的荧光照明装置提供电源。
首先考察高频电流在金属面上的流动情况。图 3a 中 的 双 面 PCB，一 面 用 作 接 地 层 ，另 一 面 用 作 元 件和轨线层。轨线层上有 一 时 钟 轨 线 ，接 地 层 上 带 箭头的实线表示其返回电 流 的 轨 迹 。 在 高 频 时 ，回 流线总是尽可能地贴近信 号 线 返 回 。 依 据“电 流 总 是 走 阻 抗 最 小 的 途 径 ”来 分 析 ，电 流 环 路 的 阻 抗 Z= R +j!L ，阻 抗 既 包 括 电 流 环 路 的 电 阻 ，也 包 括 电 流 环 路的电感，环路电感的大 小 与 环 路 面 积 成 正 比 。 当 时钟频率为 MHZ 级时，感抗大于环路电阻起主导作 用，这时 Z!j!L，所以电流走环路电感最小的途径。 环路面积越小电感越小，回 流 线 总 是 尽 可 能 贴 近 信 号线返回。
为了防止共地线 阻 抗 耦 合 干 扰 ，电 路 设 计 者 通 常 会 根 据 不 同 的 电 源 电 压 、数 字 和 模 拟 、高 速 和 低 速 、大 电 流 和 小 电 流 来 分 别 设 置 地 线 ，这 就 很 容 易 在 PCB 接地层留下隔缝。此时应该注意高速信号线 在轨线层上不要跨过隔缝。
如果接地层上有 隔 缝 ，而 高 速 时 钟 线 在 轨 线 层 上跨过隔缝，如图 3b 所 示 ， 则 回 流 线 被 迫 绕 过 隔 缝 ，从 而 增 加 了 高 频 环 路 面 积 ，这 将 产 生 以 下 严 重 后果：
（l）增加向 空 间 的 辐 射 骚 扰 ，同 时 易 受 空 间 磁 场的影响；
1 液晶显示器的内部结构
打开液晶显示器的后壳，它的内部结构如图 1 所 示 。它 主 要 包 括 一 块 主 印 刷 电 路 板（PCB ）、一 些 辅 助 PCB 和一组液 晶 显 示 电 路 。 主 PCB 把 来 自 计 算 机的显示信息转换成能被液晶显示电路数字化处 理的信号。辅助 PCB 提供电源，并将来自键盘 PCB 的信息传送给主 PCB。
据的屏蔽电缆也是一个重要的 EMI 辐射源。由于该 电缆的屏蔽层没有与屏 蔽 体 2 连 接 ，而 是 通 过 PCB 板上的地线接地，这样就会使主 PCB 上产生的噪声 电流通过电缆屏蔽层辐射 出 去 ，电 缆 屏 蔽 层 就 成 了 辐射天线。因此，高速数据电缆屏蔽层和屏蔽体 2 之间应建立良好连接，可 以 用 导 电 衬 垫 将 电 缆 端 口 的屏蔽层与屏蔽体良好接触。辐射发射测量表明， 当 这 种 连 接 建 立 时 ，输 出 时 钟 的 谐 波 明 显 减 少 。 3.3 EM“ I 天线”之三
TV ENGINEERING No.3 2003 (sum No.249）
!!
信息终端
IDM ! UDM
Cd
屏
蔽
ZL
体 2
10 !F 104
140 !F
10 !F 104
Lp
Lp
屏蔽体 1
图 6 屏蔽体 1 和屏蔽体 2 构成 EMI 天线的原理图
140 !H
260 !H
图 7 电源滤波器
3.2 EM“ I 天线”之二 主 PCB 和 液 晶 显 示 电 路 之 间 携 带 高 速 显 示 数
屏蔽体 l 和屏蔽体 2 通过 4 个螺丝相连接。在 高 频 时 ，这 些 螺 丝 并 不 是 很 好 的 电 连 接 ，它 们 存 在 较大的电感 LP，这个电感正好 是 EM“ I 天 线 ”的 辐 射 源。因为屏蔽体 l 和屏蔽体 2 内部 PCB 上的信号线 与屏蔽体是很贴近的，信 号 线 和 屏 蔽 体 之 间 在 高 频 时存在明显的分布电容 Cd。于是，PCB 上的 差 模 源 就可通过这个分布电容耦 合 到 屏 蔽 体 上 ，引 起 差 模 电 流 IDM。IDM 通 过 螺 丝 、屏 蔽 体 l，回 到 PCB 上 的 差 模源（见图 6）。由于螺丝上存在电感 LP，所以 IDM 就 会在 LP 上产生电压降 UCM，成为共模驱动电压，从而 引起共模辐射。这时的“天线”一部分是屏蔽体 2，另 一部分是屏蔽体 l。为了消除这个 EM“ I 天线”，可将 指形簧片放置在两个屏蔽体之间，以减小接触电 阻。EMI 测试表明，在放置了指形簧片之后，低于 500 MHZ 的 EMI 平 均 降 低 了 2~3 dB， 而 高 于 500 MHZ 的 EMI 平均降低了 5~l0 dB。