EMC调试案例（七）：电快速脉冲群测试显示屏黑屏现象问题分析与调试[20241110]

emc调试案例（七）：电快速脉冲群测试显示屏黑屏现象问题分析与调试
01、问题现象描述
某液晶显示屏模块电源单板，搭配系统整机进行±4KV电快速脉冲群（EFT）测试时，出现画面显示黑屏，背光仍然正常点亮，声音输出也正常的现象。技术支援工程师在现场确认是液晶屏时序电路控制板上AVDD电压输出异常，模块电源单板所有输出电压均保持正常状态，初步判定为液晶屏时序控制电路板受到干扰而引发其工作状态异常。当异常现象出现时，拔插液晶显示屏的连接线缆，相当于将液晶屏的电路重新上电，不良现象消失。基本确认是液晶屏时序控制电路板受EFT脉冲干扰，出现工作异常所致。

图1：液晶时序控制电路板电压异常处

   
图2：系统内部原理框图
02、问题现象分析
同样的系统整机使用其它厂商电源模块单板，EFT测试出现问题概率非常低；同时也确认使用相同厂商生产的另一个型号的电源模块单板，EFT测试时出现问题的概率也低于目前使用的电源单板，问题指向电源模块单板问题。  目前系统整机使用的液晶屏时序控制板是厂家批量生产的产品，且已经搭配其它系统整机批量出货，其它客户未反馈EFT测试出现黑屏现象。与屏厂家深入沟通，而屏厂回复此款产品已经量产很久，其它客户未反馈问题；所以屏厂判定屏本体没有问题，不同意从屏本体上对策。  在EFT测试时，AC输入端共模电感处存在拉弧放电现象，同时伴随异响，使用竞争对手厂家的电源模块单板则没有这种现象。

图3：共模电感放电齿拉弧放电
共模电感处拉弧现象分析如下：
EFT试验过程中，发现共模电感处拉弧放电现象只出现N&L线同时对地的情况下，N&L线同时对地注入干扰时，即共模干扰；共模注入时，共模电感共模阻抗较大，共模电流流过时两端产生较高的电位差，高压通过共模电感的放电齿击穿空气拉弧放电，放电过程产生电火花，即是异音现象。    共模电感的放电齿设计初衷是防止雷击浪涌测试时，雷击浪涌电流冲击损坏共模电感，通过放电齿拉弧放电短路共模电感，避免雷击浪涌峰值电流损坏共模电感，达到保护共模电感的目的。放电齿保护共模电感的同时，在击穿空气放电的瞬间产生较高的瞬态电流，瞬态电流会引起地电位的巨大波动，同时也伴随较高的电磁场干扰。

图4：共模电感放电齿拉弧放电机理分析图
03、问题产生机理分析
显示黑屏问题影响因素分析如下：
画面显示黑屏时，屏信号控制电路板的输出信号正常，说明控制电路板卡本身抗干扰能力是符合要求的。屏时序控制电路板受到EFT干扰的路径：可能是通过时序控制电路板与屏信号控制板之间的FFC连接线缆耦合，也可能是通过时序控制电路板与驱动信号控制板之间的FFC线缆耦合，还可能是参考地电位波动引起屏时序控制电路板的控制芯片工作异常。信号控制电路板与屏时序控制电路板之间连接的FFC线缆，是采用屏蔽的FFC线缆，且屏蔽层接地也符合基本的设计要求，改变FFC线缆的布线方式、接地方式等对EFT测试结果无任何影响。液晶屏本身是金属背板，电源模块单板接地良好、屏信号控制电路板接地良好、屏时序控制电路板接地良好、屏驱动信号控制板接地良好，初排除系统接地设计问题。    屏时序控制电路板与屏驱动信号控制板之间连接FFC线缆使用的是非屏蔽线缆，线缆虽然较短，但是信号的参考地平面是屏的金属背板，高频环路面积有点稍大。

图5：系统整机内部布局布线图
整机内部布局布线合理性分析：
拆整机分析，发现Wi-Fi天线、蓝牙天线紧贴在屏时序电路板与屏驱动信号电路板之间的连接FFC线缆布线，且天线靠近AC输入端布线，EFT测试时AC输入电源线存在EFT脉冲群产生的噪声空间辐射，天线容易接收噪声。调整Wi-Fi天线、蓝牙天线的布线方式使其远离屏时序电路板与屏驱动信号电路板之间的连接FFC线缆布线。而调整布线后重新进行EFT测试，反复进行多次测试，画面显示黑屏的问题消失，测试结果PASS。

图6：调整后的系统整机内部布局布线图   

图7：EFT干扰耦合路径分析图
04、问题产生根因分析
通过分析试验验证，问题产生的根因分析如下：
  电快速脉冲群（EFT）注入的共模电流在共模电感阻抗上产生压降，当积累电压达到共模电感放电齿的击穿电压时，击穿空气产生拉弧放电，并伴随着异音出现。电快速脉冲群（EFT）注入共模电流在输入端共模滤波器上产生高压的同时，在金属背板产生感应电压则通过容性耦合到Wi-Fi天线、蓝牙天线。当Wi-Fi天线、蓝牙天线紧贴屏时序控制电路板与屏驱动信号电路板之间的FFC线缆布线时，电快速脉冲群（EFT）干扰则天线耦合到FFC线缆上，进入屏时序控制电路板，从而干扰时序控制电路板上敏感电路，导致AVDD电压输出异常，引发黑屏现象。05、问题解决方案
通过分析验证，拟定问题的解决方案如下：
问题解决方案（一）：
调整系统内部布线方式，使按键遥控线材、喇叭线材、Wi-Fi天线、蓝牙天线远离屏时序电路板与屏驱动信号电路板之间的FFC线缆，防止空间耦合。    问题解决方案（二）系统内部布线方式维持不变，屏时序电路板与屏驱动信号电路板之间的FFC线缆，由非屏蔽线缆改为屏蔽线缆。以上两种方案导入后，进行电快速脉冲群（EFT）测试时，显示黑屏现象均完全消失，综合成本、生产工艺控制，最终选择问题解决方案（一）。06、案例思考与启示电快速脉冲群（EFT）注入的共模电流会在AC输入端共模滤波器产生噪声电压的同时，共模电流流入后级电路也会导致参考地平面电位差的波动；信号从源端到接收端参考地电位的变化，容易导致信号传输电平的错误，引起系统误动作。 电快速脉冲群（EFT）高频电流会产生丰富的磁场辐射，在信号环路中产生感应电流与感应电动势，尤其是敏感信号环路或者小 信号电流环路，引起其工作状态的改变及误动作。电快速脉冲群（EFT）高频电流在共模阻抗上产生强电场干扰，在高阻抗长距离传输信号线上、产生感应电压，脉冲电压进入芯片时，芯片会因为过压保护，或者引起芯片内部敏感电路的误动作，导致异常现象出现。   


本条内容来自微信公众号“风陵渡口话EMC”，由“胡鑫老师”选编。如有任何反馈，请留言给我们。

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