LED显示模组设计方法与电磁兼容_探讨显示模组灯驱分离与灯驱一体的设计优劣

文章编号：１００６－６２６８（２００８）０８－００５４－０４

技术

ＬＥＤ显示模组设计方法

与电磁兼容

———探讨显示模组灯驱分离与灯驱一体的设计优劣

王桥立，夏志清

（深圳三升高科技股份有限公司，广东深圳５１８０５７）

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

ＬＥＤ

屏蔽、吸波、滤波技术以及合理的接与灯驱一体电磁兼容（ＥＭＣ）设计特点。从ＥＭＣ线路设计、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

ＬＥＤＤｉｓｐｌａｙＭｏｄｕｌｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ

（ＥＭＣ）

ＷＡＮＧＱｉａｏ－ｌｉ，ＸＩＡＺｈｉ－ｑｉｎｇ

（ＳｈｅｎｚｈｅｎＳＡＮＳＵＮＨｉ－ｔｅｃｈＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｒｏｍｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎａｎｄＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｍｏｄｕｌｅｓｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒａｄｉａｔｉｏｎｈａｒａｓｓｍｅｎｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｌａｍｐｌｉｇｈｔｓｆｌｏｏｄｉｎｇｆｒｏｍｆｌｏｏｄｉｎｇｏｎｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ（ＥＭＣ）ｄｅｓｉｇｎｆｅａｔｕｒｅｓ．ＥＭＣｌｉｎｅｓｆｒｏｍｄｅｓｉｇｎ，ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ，ａｂｓｏｒｂｉｎｇａｎｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ（ＥＭＣ）ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ（ＥＭＣ）

前言

ＬＥＤ显示屏使用的电源电压为２２０Ｖ，工作时需

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（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ示屏３Ｃ认证的难点是电磁兼容

数ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｙ，ＥＭＣ）问题。各种电流信号，如时钟、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

与计算机相连，国家认证监督管理委员会于２００２年《第一批实施强制性产将ＬＥＤ室内电子显示屏列入

品认证的产品目录》；信息技术设备中与计算机连用

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现代显示ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｐｌａｙＡｕｇ．Ａｕｇ．，２００８，总第９１期

收稿日期：２００８－０６－１７

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。

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）

ＬＥＤ

１ＬＥＤ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。

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：

技

术

Ｅ＝１２．６×１０－７×（ｆＩＬ）／ｒ（２）

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，产品将无法满足对于现有不采取ＥＭＣ设计的ＬＥＤＧＢ９２５４的要求。

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

图２灯驱分离设计中产生的共模幅射

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

图１

灯驱分离设计中的差模幅射

屏蔽

由于双层线路板构成ＬＥＤ显示模组，其发光面

Ａｕｇ．，２００８，总第９１期现代显示ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｐｌａｙ

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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，这样ＬＥＤ灯在显示面只保留焊盘，布线层是中间层。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。

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。

ＬＥＤ

技

术

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

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。

图３减少闭环面积前后的线路设计

图５相邻层的走线方向应成正交结构

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

图４

减少传输距离前后的线路设计

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。

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现代显示ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｐｌａｙＡｕｇ．Ａｕｇ．，２００８，总第９１期

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

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。

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，外加鉄氧体磁环。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。

作者简介：王桥立（１９６８－），湖南人，西安电子科技大参考文献

（ＥＭＣ）探讨［Ｊ］．现代［１］陆荣庆．ＬＥＤ显示屏电磁兼容显示，２００８，（Ｓ０）：２７－３０．

ＬＥＤ

技术

４结论

综上所述，为抑制电磁辐射干扰，完成ＬＥＤ显

学自动控制理论及应用系硕士，高级工程师，深圳三升高科技股份有限公司主要创始人，公司董事长兼总经理，中国光学光电子行业协会ＬＥＤ显示应用分会副理事长，中国光电子协会ＬＥＤ显示应用分会技术专家组成员，深圳平板显示行业协会副会长，深圳市专家工作委员会委员，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑｌ＠ｓｚｂｏｅ．ｃｏｍ。

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

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Ａｕｇ．，２００８，总第９１期

现代显示ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｐｌａｙ

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