汽车座舱控制系统显示屏EMC防护

摘要：随着电子科技技术的进步及更新，传统意义上机械式操作的汽车音响，空调，仪表已经被越来越多的电子化产品所覆盖。在不断的电子技术变更过程中，对于各种电控产品的EMC要求也不断提高。基于此本文对于汽车音响，仪表等有TFT显示部分EMC的防护措施进行分析，并且围绕汽车音响显示屏部分EMC为中心诠释综合系统设计理念。提高汽车座舱控制系统的抗干扰能力及防护能力。

关键词：EMC防护汽车音响显示屏特点

1引言

目前的汽车类电子正处高速发展并转型的阶段，主要是往共享，互联，智能，电动化方向发展。汽车音响等电子类产品是整车娱乐系统的核心部件，传统的机械式按键已经转变为触摸式电子按键，以收音机功能为主体的人机沟通界面变成以导航，整车信息为主的操作界面，所以针对越来越多的技术变更，如何使众多的电子器件在汽车座舱内安全的，稳定的工作是汽车行业需要关注的重要问题。

2EMC的特点

电磁兼容技术（EMC）主要是由电磁干扰引起的。电磁干扰是指电气装置或者电气系统不产生干扰或不受环境干扰，工作在指定环境中的稳定工作的能力。汽车上的电磁兼容（EMC）是研究在有限的空间，有限的时间，有限的频谱资源条件下，汽车上使用各种的电气设备（系统，分系统，甚至包含生物体）可以共存并不会引起降级的一门科学。汽车上的电磁兼容（EMC）主要包含：ESD：静电是一种客观存在的现象，产生的方式有很多种，比如：接触，摩擦，电气感应等。在汽车座舱内的ESD研究主要是人体对中控台上各种电器释放静电的过程，由于静电会对电子部件造成突发损伤和潜在性损伤两种，突发性损伤会使电子部件失去作用，潜在损伤会使电子部件工作状态不稳定。所以需要在被释放的电子部件上找出一条回路最短，损伤影响最小的静电泄放路径，避免电子部件受到损伤。RE：辐射骚扰测试，包含空间辐射和磁场辐射测试。辐射骚扰主要是指能量以电磁波的形式发射到空中，或者以电磁波形式在空间传播对周边产品的影响。辐射超标会对周围的装置，设备或系统性能降低，干扰信息技术设备或其他电子产品的正常工作，并且会对人体造成一定的危害。CE：传导发射是指电气和电子设备在工作时候产生的电磁干扰。主要是设备在工作的过程中其内部的各种控制芯片，解码芯片以及开关电源产生的传导性干扰，干扰会沿着电源线，地线以及信号线进行传输影响外部工作的仪器及设备。RI：电磁场抗干扰度主要是设备抵抗外部空间发射的电磁干扰，例如：电台广播，发射机站，各种工业电磁源等设备产生的空间电磁波和辐射干扰.对主要设备进行干扰。辐射的超标会对主要设备造成性能及功能可恢复的故障，更加严重的会造成损坏性的故障现象。

3EMC对汽车音响显示屏设计的意义

我国汽车音响事业与国外发达国家比较，虽然起步比较晚，但是经过近30年的发展，从成功引用先进的研发技术，平台设计理念，到成为全球概念研发的前沿，经历了跨时代的华丽转身。随着5G技术的普及，汽车音响会向更全面更高的方向发展。现阶段的汽车音响运用越来越多的数字化的元件，例如数字调谐器，ARM，EMMC，DDR等，并且有独立的操作系统，也可以安装各种类型的APP，相当于MINI版本的电脑。目前的汽车音响需要显示导航信息，整车状态信息以及娱乐功能信息等，显示屏作为汽车音响和车主之间的沟通桥梁有着十分重要的作用，在多种数字电路工作的环境下，为了保证显示屏可以正常的工作，必须在产品设计的过程中，引入EMC的设计理念，用于改善由需求造成的设计隐患。利用成熟的EMC设计理念可以使显示屏部分的稳定性提高；在产品原理图绘制，LAYOUT线路布局的阶段利用经验共享方式节省开发时间；运用较少的成本使系统更加稳定、安全、方便、快捷，可以让汽车音响显示屏组件有着更广阔的发展方向及市场空间。使得整车空间设计有多种的选择，同时也为汽车行业的发展提供更多革新思路。

4以EMC设计为基础的汽车音响显

示屏系统设计主要模式汽车音响显示屏部分是相对复杂的一个系统，主要功能部件包含：触摸屏，显示屏，装载控制芯片的LAYOUT板，它们不属于同一个2D开发平面内，只能通过结构部件将其联系到一起，EMC设计需要处理好单个功能部件的电磁敏感度，还需要处理好合体部件稳定性。汽车音响系统分为显示屏系统和主机系统两部分，而将两个系统串联到一起的方式有很多种，板对板插连，FFC/FPC连接，LVDS通讯等。目前用双绞线通讯LVDS信号的方式，是显示屏系统和主机系统的主流连接方式。较长的双绞线在RE/CE/RI/ESD各个试验项都会产生隐患，EMC设计需要降低各类实验的风险限值，使产品在恶劣环境下的保持稳定的工作状态。

4.1触摸屏EMC设计要求

触摸屏是汽车音响显示屏对外环境的第一层，主要考虑的是ESD/RE的防护方式。电路设计方案分为COF和COB两种，结构设计方案性价比较高的方式采用空气贴合，而空气贴合的使用造成不论COF和COB哪种设计方案，都会使显示屏和面板之间漏出一条缝隙。EMC中的ESD测试会使静电沿着缝隙注入触摸屏的FPC线上，干扰及损坏触摸芯片的工作状态，出现触屏无作用的现象。EMC设计要求在FPC连接线靠近缝隙的一面贴一层EMI材料或铜皮，并使EMI材料或铜皮和显示屏系统大地相连，给静电一条最近的回路通道泄放能量。如果是COF的设计方案还需要在触摸芯片的底层做一个SUS的钢化补强板，直接和控制板PCB的地相连，用于泄放残留电荷。如果是COB的设计方案，负责通讯的ITO走线尽量放在PCB的同一层面，给ITO的背面保留完整的地用于耦合通讯过程中的信号串扰。

4.2显示屏EMC设计要求

显示屏是汽车音响的主要部件，也是反应整个音响系统状态稳定的直观部件。主要考虑的是ESD/RE两种防护方式。显示屏的一般是由金属框架和金属背板组成，在设计时要让金属框架和金属背板有效相连接同地，悬浮没有地回路的金属件会导致静电乱走，会导致显示抖屏，显示黑屏，显示乱码等现象。RE是显示屏部件比较难处理的试验，常用的方式有：展频：展频技术是一种常用的无线电通讯技术，分为跳频技术和直接序列两种方式，汽车音响显示屏常用跳频技术，显示屏部分的LVDS通讯信号的主时钟通常是在50MHZ到100MHZ之间，脉冲的峰值能量非常强，会产生空间电磁干扰，时钟信号奇数倍频点也会有较强的干扰，展频技术是通过削波的方式降低脉冲所产生的电磁干扰，使峰值点的电磁强度均摊到周围频点。差分阻抗匹配：主要用于LVDS信号传输线上，由此达到高频限号都可以传递至负载点的目的，并且不会有信号反射回源点。信号源内阻和所接传输线的特性阻抗大小相等，传输线的特性阻抗和所接负载阻抗的大小相等。显示屏LVDS通讯信号到主机显示处理芯片之间的载体过多，载体材质也不相同，所以只有相同的阻抗才能减少衔接过程中的多余能量，造成辐射超标的现象。镜像地：镜像地是临近信号层的一层敷铜平面，主要作用是降低回流噪声，降低辐射强度，防止信号反射的作用。镜像地在汽车音响显示屏部分运用方式很多，运用的位置也很多，比如：显示屏FPC排线需要用两层，一层信号层，一层全铺铜做镜像地；连接器：使信号地和大地分开连接，大地做镜像地；PCB上的LVDS通讯线底层悬空部位用导电棉做镜像地等等。

4.3LAYOUTEMC设计要求

LAYOUT在显示屏组件中有着重要的作用，承载着控制芯片，开关电源以及解码芯片等多种功能性集成元件，是显示屏和触摸屏的信号地回路的重要环节，EMC测试内容主要考虑RE的部分，除了以上所提到的镜像地，差分阻抗等内容外，还需要注意对部分辐射干扰强度比较大的元件增加屏蔽罩，基本原理是用完整的金属屏蔽体，将近场RE测试中电磁干扰比较大的元件封闭起来，使其外部的电磁场强度低于允许值的一种措施；或者也可以用吸波材料将电磁敏感电路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许的一种措施。

4.4连接部件设计要求

在对通讯连接部分设计的过程中，应尽量避免通讯信号及通讯芯片暴漏在外界，在连接设备的外部添加一层和两个系统同地的屏蔽层，可以有效的屏蔽干扰信号的空间传输，相当于制作了缩小版本的法拉利笼，从而可以起到外部电磁波对内部电路和内部电路对外的影响，增加产品在RE实验RI实验以及ESD实验的通过率。

5结语

综上所述，EMC防护在汽车音响显示系统设计过程中，针对不同功能组件进行辅助设计以及模块化设计，使前屏系统设计符合各种苛刻测试需求。利用平台化EMC设计数据的精确性，可以广泛的应用到汽车各个零部件的设计中。通过对EMC防护在汽车音响显示屏上的成功应用，能够说明EMC防护可以在汽车座舱控制系统中有着重要的作用，可以使汽车上各种的电气设备（系统，分系统，甚至包含生物体）共存并且不会引起功能及性能损耗。

作者：林琦 单位：江苏天宝汽车电子有限公司