一, Padrões de teste EMC industrial e requisitos básicos
Os testes de EMC de equipamentos industriais devem estar em conformidade com o sistema de três{0}}níveis da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), dos Padrões Europeus (EN) e dos Padrões Nacionais Chineses (GB). Os principais itens de teste incluem:
Emissão irradiada (RE): A frequência de teste abrange 30 MHz a 1 GHz, e o equipamento é necessário para receber uma intensidade de campo eletromagnético menor ou igual a 40dB μ V/m (distância de 10 m) através de uma antena em uma câmara anecóica. O sinal do relógio e seus harmônicos do LCD de código quebrado são as principais fontes de radiação e, se não forem otimizados no design, estão propensos a exceder o padrão.
Interferência conduzida (CE): A frequência de teste está entre 150kHz e 30MHz, e a tensão de interferência na linha de energia é medida através de uma rede de estabilização de impedância de linha (LISN). Se o módulo de energia do LCD desconectado não adotar um design de filtragem, ruídos de alta-frequência poderão ser transmitidos à rede elétrica através da linha de energia, afetando outros dispositivos.
Descarga Eletrostática (ESD): De acordo com a norma IEC 61000-4-2, aplique descarga de contato de ± 8kV e descarga de ar de ± 15kV na carcaça e interface do equipamento. Se o painel de toque ou a interface do LCD desconectado não tiver proteção, a descarga eletrostática poderá causar anormalidades na tela ou danos ao circuito.
Imunidade a surtos (SURGE): Simule quedas de raios ou impactos de comutação de alta corrente para testar a capacidade do equipamento de suportar surtos de tensão. Em ambientes industriais, um LCD com código quebrado precisa suportar um impacto de surto de pelo menos ± 2kV.
2, Análise de fontes de interferência EMC em LCD com código quebrado
O problema EMC de LCD com código quebrado decorre principalmente dos seguintes aspectos:
Harmônicos do sinal do relógio: o circuito de acionamento de um LCD de código quebrado geralmente usa um relógio de alta-frequência (como 15 MHz), que gera múltiplos harmônicos (como 150 MHz e 300 MHz) após a expansão da série de Fourier. Se o sinal do relógio não for filtrado ou blindado, os harmônicos podem irradiar para o espaço através da fiação ou dos conectores da PCB, fazendo com que o RE exceda o padrão.
Ruído da fonte de alimentação: se o módulo de alimentação do LCD desconectado não usar um filtro do tipo π - ou indutor de modo comum, o ruído de alta-frequência da fonte de alimentação chaveada (como 100kHz a 1MHz) pode ser conduzido para a rede elétrica através da linha de energia, causando problemas de CE.
Acoplamento de interface: Se a interface de sinal do LCD desconectado (como SPI, I2C) não usar isolamento optoeletrônico ou magnético, interferência externa poderá acoplar-se ao circuito do driver através da linha de sinal, resultando em exibição anormal.
Defeitos no layout da PCB: se as linhas de sinal de alta-velocidade (como linhas de relógio) não forem roteadas diferencialmente ou se o aterramento digital e o aterramento analógico não forem isolados por esferas magnéticas, isso poderá formar interferência de loop de aterramento e reduzir a imunidade ESD.
3, sistema de tecnologia de proteção EMC para LCD com código quebrado
Em resposta às fontes de interferência mencionadas acima, um sistema de proteção para o LCD com códigos quebrados precisa ser construído a partir de três aspectos: seleção de material, projeto estrutural e otimização de circuito
1. Otimização de materiais e estruturais
Revestimento condutor: Pulverize a camada condutora ITO na superfície da tela para controlar a resistência da superfície dentro da faixa de 10 ⁶ -10 ⁹ Ω/sq, que pode descarregar rapidamente a eletricidade estática e melhorar a imunidade ESD para ± 8kV.
Projeto de cobertura de blindagem: adicione coberturas de blindagem de folha de cobre em áreas-chave da PCB, como CIs de driver e circuitos de relógio, e conecte-as ao terra por meio de vias para reduzir o acoplamento de-campo próximo. Um determinado transmissor de pressão industrial reduz a intensidade da radiação no ponto de frequência de 300 MHz em 15dB através deste projeto.
Blindagem do cabo: As linhas de sinal e de energia usam fios blindados de par trançado, com a camada de blindagem terminada em 360 graus em relação ao invólucro do conector para reduzir a radiação de modo comum. Um determinado servo drive industrial reduziu a interferência conduzida em 10dB através desta melhoria.
2. Projeto de otimização de circuito
Filtragem de energia: Adicione um filtro do tipo π - ao terminal de entrada de energia, com valores de indutância variando de 100 μ H a 1mH e valores de capacitância variando de 0,1 μ F a 10 μ F, para suprimir ruído de modo diferencial e comum. Um determinado sensor industrial reduz a tensão de perturbação na extremidade da fonte de alimentação abaixo do valor limite através deste projeto.
Filtragem de sinal: adicione um filtro passa-baixa-RC à entrada do sinal analógico, com uma frequência de corte definida para 1,5 vezes a largura de banda do sinal, para reduzir o ruído-de alta frequência. Um determinado dispositivo médico utiliza esta tecnologia para reduzir a radiação da linha de sinal em 8dB.
Processamento do sinal do relógio: estenda o tempo de borda ascendente do sinal do relógio e reduza sua amplitude harmônica de alta-frequência; Ou reduza a frequência do clock (como de 15 MHz para 8 MHz) e mova os pontos de frequência harmônica para fora da banda de frequência de teste. Um determinado painel único reduz o valor da radiação de 150 MHz para 1/20 através do projeto de redução de frequência.
3. Aterramento e otimização de layout
Aterramento de ponto único: em circuitos-de baixa frequência (<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.
Design de PCB multicamadas: Em um PCB de quatro camadas, camadas independentes e camadas de energia são configuradas, e as conexões entre camadas são obtidas através de vias para reduzir o acoplamento eletromagnético. Um determinado equipamento de trânsito ferroviário reduz a emissão de radiação em 12dB através deste layout.
Isolamento de módulo sensível: divida o layout de circuitos analógicos, circuitos digitais e circuitos de potência em zonas e defina faixas de isolamento entre zonas para reduzir a interferência cruzada de sinal. Um certo medidor inteligente reduziu a taxa de falha de ESD em 90% através deste projeto.
4, Prática da Indústria e Análise de Caso
Caso 1: Retificação de emissão excessiva de radiação de transmissores de pressão industriais
Um certo transmissor de pressão industrial excedeu o padrão em 10dB no ponto de frequência de 300MHz e foi retificado através das seguintes medidas:
Adicione uma tampa de blindagem na PCB para cobrir os módulos ADC e MCU, aumentando a eficiência da blindagem em 15dB;
Mude as linhas de energia e sinal para fios blindados de par trançado. Após aterrar a camada de blindagem, a intensidade da radiação diminui em 8dB;
Otimize a fiação da PCB, reduza o comprimento-da linha do sinal de alta frequência e reduza a radiação do modo diferencial em 5dB.
Finalmente, o dispositivo passou no teste de emissão de radiação IEC 61000-4-3.
Caso 2: Retificação de imunidade ESD insuficiente de sensores industriais
Um determinado sensor industrial apresentou anormalidades funcionais durante o teste de descarga de contato de ± 8kV. As medidas corretivas incluem:
Adicione almofadas de borracha condutoras nas costuras da carcaça para aumentar a eficácia da blindagem para 50dB;
Adicione um conjunto de diodos TVS no terminal de entrada de sinal com uma tensão de fixação menor ou igual a 6 V para proteger efetivamente o circuito a jusante;
Otimize a fiação da PCB, aumente a cobertura da folha de cobre no nível do solo e reduza o acoplamento de energia ESD.
Finalmente, o dispositivo passou no teste ESD IEC 61000-4-2.
