EMC調(diào)試案例（七）：電快速脈沖群測(cè)試顯示屏黑屏現(xiàn)象問題分析與調(diào)試[20241110]

emc調(diào)試案例（七）：電快速脈沖群測(cè)試顯示屏黑屏現(xiàn)象問題分析與調(diào)試
01、問題現(xiàn)象描述
某液晶顯示屏模塊電源單板，搭配系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行±4KV電快速脈沖群（EFT）測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)畫面顯示黑屏，背光仍然正常點(diǎn)亮，聲音輸出也正常的現(xiàn)象。技術(shù)支援工程師在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)是液晶屏?xí)r序電路控制板上AVDD電壓輸出異常，模塊電源單板所有輸出電壓均保持正常狀態(tài)，初步判定為液晶屏?xí)r序控制電路板受到干擾而引發(fā)其工作狀態(tài)異常。當(dāng)異�，F(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，拔插液晶顯示屏的連接線纜，相當(dāng)于將液晶屏的電路重新上電，不良現(xiàn)象消失�；�本確認(rèn)是液晶屏?xí)r序控制電路板受EFT脈沖干擾，出現(xiàn)工作異常所致。

圖1：液晶時(shí)序控制電路板電壓異常處

   
圖2：系統(tǒng)內(nèi)部原理框圖
02、問題現(xiàn)象分析
同樣的系統(tǒng)整機(jī)使用其它廠商電源模塊單板，EFT測(cè)試出現(xiàn)問題概率非常低；同時(shí)也確認(rèn)使用相同廠商生產(chǎn)的另一個(gè)型號(hào)的電源模塊單板，EFT測(cè)試時(shí)出現(xiàn)問題的概率也低于目前使用的電源單板，問題指向電源模塊單板問題。  目前系統(tǒng)整機(jī)使用的液晶屏?xí)r序控制板是廠家批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，且已經(jīng)搭配其它系統(tǒng)整機(jī)批量出貨，其它客戶未反饋EFT測(cè)試出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。與屏廠家深入溝通，而屏廠回復(fù)此款產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)很久，其它客戶未反饋問題；所以屏廠判定屏本體沒有問題，不同意從屏本體上對(duì)策。  在EFT測(cè)試時(shí)，AC輸入端共模電感處存在拉弧放電現(xiàn)象，同時(shí)伴隨異響，使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手廠家的電源模塊單板則沒有這種現(xiàn)象。

圖3：共模電感放電齒拉弧放電
共模電感處拉弧現(xiàn)象分析如下：
EFT試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)共模電感處拉弧放電現(xiàn)象只出現(xiàn)N&L線同時(shí)對(duì)地的情況下，N&L線同時(shí)對(duì)地注入干擾時(shí)，即共模干擾；共模注入時(shí)，共模電感共模阻抗較大，共模電流流過時(shí)兩端產(chǎn)生較高的電位差，高壓通過共模電感的放電齒擊穿空氣拉弧放電，放電過程產(chǎn)生電火花，即是異音現(xiàn)象。    共模電感的放電齒設(shè)計(jì)初衷是防止雷擊浪涌測(cè)試時(shí)，雷擊浪涌電流沖擊損壞共模電感，通過放電齒拉弧放電短路共模電感，避免雷擊浪涌峰值電流損壞共模電感，達(dá)到保護(hù)共模電感的目的。放電齒保護(hù)共模電感的同時(shí)，在擊穿空氣放電的瞬間產(chǎn)生較高的瞬態(tài)電流，瞬態(tài)電流會(huì)引起地電位的巨大波動(dòng)，同時(shí)也伴隨較高的電磁場(chǎng)干擾。

圖4：共模電感放電齒拉弧放電機(jī)理分析圖
03、問題產(chǎn)生機(jī)理分析
顯示黑屏問題影響因素分析如下：
畫面顯示黑屏?xí)r，屏信號(hào)控制電路板的輸出信號(hào)正常，說明控制電路板卡本身抗干擾能力是符合要求的。屏?xí)r序控制電路板受到EFT干擾的路徑：可能是通過時(shí)序控制電路板與屏信號(hào)控制板之間的FFC連接線纜耦合，也可能是通過時(shí)序控制電路板與驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制板之間的FFC線纜耦合，還可能是參考地電位波動(dòng)引起屏?xí)r序控制電路板的控制芯片工作異常。信號(hào)控制電路板與屏?xí)r序控制電路板之間連接的FFC線纜，是采用屏蔽的FFC線纜，且屏蔽層接地也符合基本的設(shè)計(jì)要求，改變FFC線纜的布線方式、接地方式等對(duì)EFT測(cè)試結(jié)果無任何影響。液晶屏本身是金屬背板，電源模塊單板接地良好、屏信號(hào)控制電路板接地良好、屏?xí)r序控制電路板接地良好、屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制板接地良好，初排除系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)問題。    屏?xí)r序控制電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制板之間連接FFC線纜使用的是非屏蔽線纜，線纜雖然較短，但是信號(hào)的參考地平面是屏的金屬背板，高頻環(huán)路面積有點(diǎn)稍大。

圖5：系統(tǒng)整機(jī)內(nèi)部布局布線圖
整機(jī)內(nèi)部布局布線合理性分析：
拆整機(jī)分析，發(fā)現(xiàn)Wi-Fi天線、藍(lán)牙天線緊貼在屏?xí)r序電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路板之間的連接FFC線纜布線，且天線靠近AC輸入端布線，EFT測(cè)試時(shí)AC輸入電源線存在EFT脈沖群產(chǎn)生的噪聲空間輻射，天線容易接收噪聲。調(diào)整Wi-Fi天線、藍(lán)牙天線的布線方式使其遠(yuǎn)離屏?xí)r序電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路板之間的連接FFC線纜布線。而調(diào)整布線后重新進(jìn)行EFT測(cè)試，反復(fù)進(jìn)行多次測(cè)試，畫面顯示黑屏的問題消失，測(cè)試結(jié)果PASS。

圖6：調(diào)整后的系統(tǒng)整機(jī)內(nèi)部布局布線圖   

圖7：EFT干擾耦合路徑分析圖
04、問題產(chǎn)生根因分析
通過分析試驗(yàn)驗(yàn)證，問題產(chǎn)生的根因分析如下：
  電快速脈沖群（EFT）注入的共模電流在共模電感阻抗上產(chǎn)生壓降，當(dāng)積累電壓達(dá)到共模電感放電齒的擊穿電壓時(shí)，擊穿空氣產(chǎn)生拉弧放電，并伴隨著異音出現(xiàn)。電快速脈沖群（EFT）注入共模電流在輸入端共模濾波器上產(chǎn)生高壓的同時(shí)，在金屬背板產(chǎn)生感應(yīng)電壓則通過容性耦合到Wi-Fi天線、藍(lán)牙天線。當(dāng)Wi-Fi天線、藍(lán)牙天線緊貼屏?xí)r序控制電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路板之間的FFC線纜布線時(shí)，電快速脈沖群（EFT）干擾則天線耦合到FFC線纜上，進(jìn)入屏?xí)r序控制電路板，從而干擾時(shí)序控制電路板上敏感電路，導(dǎo)致AVDD電壓輸出異常，引發(fā)黑屏現(xiàn)象。05、問題解決方案
通過分析驗(yàn)證，擬定問題的解決方案如下：
問題解決方案（一）：
調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部布線方式，使按鍵遙控線材、喇叭線材、Wi-Fi天線、藍(lán)牙天線遠(yuǎn)離屏?xí)r序電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路板之間的FFC線纜，防止空間耦合。    問題解決方案（二）系統(tǒng)內(nèi)部布線方式維持不變，屏?xí)r序電路板與屏驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路板之間的FFC線纜，由非屏蔽線纜改為屏蔽線纜。以上兩種方案導(dǎo)入后，進(jìn)行電快速脈沖群（EFT）測(cè)試時(shí)，顯示黑屏現(xiàn)象均完全消失，綜合成本、生產(chǎn)工藝控制，最終選擇問題解決方案（一）。06、案例思考與啟示電快速脈沖群（EFT）注入的共模電流會(huì)在AC輸入端共模濾波器產(chǎn)生噪聲電壓的同時(shí)，共模電流流入后級(jí)電路也會(huì)導(dǎo)致參考地平面電位差的波動(dòng)；信號(hào)從源端到接收端參考地電位的變化，容易導(dǎo)致信號(hào)傳輸電平的錯(cuò)誤，引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。 電快速脈沖群（EFT）高頻電流會(huì)產(chǎn)生豐富的磁場(chǎng)輻射，在信號(hào)環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，尤其是敏感信號(hào)環(huán)路或者小 信號(hào)電流環(huán)路，引起其工作狀態(tài)的改變及誤動(dòng)作。電快速脈沖群（EFT）高頻電流在共模阻抗上產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)干擾，在高阻抗長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)線上、產(chǎn)生感應(yīng)電壓，脈沖電壓進(jìn)入芯片時(shí)，芯片會(huì)因?yàn)檫^壓保護(hù)，或者引起芯片內(nèi)部敏感電路的誤動(dòng)作，導(dǎo)致異常現(xiàn)象出現(xiàn)。   


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