摘 要： 簡要介紹了家電LCD顯示系統的EFT測試標準與防護,以及從硬件和軟件方面提高EFT防護等級可以采取的對策。
關鍵詞： LCD顯示; 電快速瞬變脈沖群測試; 干擾防護
環境中存在著一些短暫的高能脈沖干擾，這些干擾對電子設備的危害很大，一般稱這種干擾為瞬態干擾。產生瞬態干擾的原因主要有：雷電、靜電放電、感性負載通斷、電磁脈沖等。電子設備必須能夠在這些環境中正常工作。由于電感性負載（如繼電器、接觸器等）在斷開時開關觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處會產生暫態騷擾。當電感性負載多次重復開關,則脈沖群又會以相應的時間間隙多次重復出現，形成一連串的脈沖，可以在電路的輸入端產生累計效應，使干擾電平的幅度最終超過電路的噪聲門限，便會引起線路乃至設備的誤動作。
很多的家電人機界面采用LCD顯示系統，其組成包括穩壓電源、主控MCU和LCD驅動接口。LCD驅動器是一種被動器件，它接收主控MCU的指令，存儲MCU傳送的顯示數據，控制顯示狀態。如果不能采取有效措施防護瞬態干擾，很可能導致工作中顯示混亂甚至死機。所以在項目開發測試階段，很多廠家要求必須通過不同等級的脈沖群抗擾度試驗，而進行LCD顯示系統防護也是重要的考慮因素。
1 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗EFT介紹
GB/T17626.4 (IEC 61000-4-4)《電磁兼容 試驗和測量技術 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗》[1]這一國家電磁兼容基礎標準，規定了EFT試驗方法。重復快速瞬變試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到電氣和電子設備的電源端口、信號和控制端口的試驗。電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的目的是驗證由閃電、接地故障或切換電感性負載而引起的瞬時擾動的抗干擾能力。這種試驗是一種耦合到電源線路、控制線路、信號線路上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗。此波形不是感性負載斷開的實際波形(感性負載斷開時產生的干擾幅度是遞增的),而實驗所采用的波形使實驗等級更為嚴酷。電快速脈沖群由間隔為300 ms的連續脈沖串構成,如圖1所示,每一個脈沖串持續15 ms，并由數個無極性的單個脈沖波形組成，單個脈沖的上升沿5 ns，持續時間50 ns，重復頻率5 kHz,這就注定了脈沖群干擾具有極其豐富的諧波成分。脈沖群干擾實際上是加在電源線與參考大地之間，因此加在電源線上的干擾是共模干擾。單個脈沖的能量較小，不會對設備造成故障。但脈沖群干擾信號對設備線路結電容充電，當上面的能量積累到一定程度之后，就可能引起線路的誤動作。
標準規定了試驗等級為1～4級，電壓峰值分別為在供電電源端口：0.5 kV、1 kV、2 kV、4 kV，在I/O、數據和控制端口：0.25 kV、0.5 kV、1 kV、2 kV。
對不同試驗結果，可以根據該產品的工作條件和功能規范按以下內容分類：
(1) 技術要求范圍內的性能正常；
(2) 功能暫時降低或喪失，但可自行恢復性能；
(3) 功能暫時降低或喪失，要求操作人員干預或系統復位；
(4) 由于設備（元件）或軟件的損壞或數據的喪失而造成不可恢復的功能降低或喪失。
符合(1)類的產品，試驗結果判合格。這意味著產品在整個試驗過程中功能正常，性能指標符合技術要求。
符合(2)類的產品，試驗結果應視其產品標準、產品使用說明書或者試驗大綱的規定來判定，當認為某些影響不重要時，可以判為合格。
符合(3)類的產品，試驗結果除了特殊情況并且不會造成危害以外，多數判為不合格。
符合(4)類的產品判別為不合格。
2 針對EFT硬件防護
2.1 電源線的措施
解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器，以阻止干擾進入設備。這時，只要在電源線的入口處安裝一只含有共模濾波電容的電源線濾波器，線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態干擾的有效器件，它使干擾旁路到機殼而遠離內部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時，共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈，中心抽頭通過一只電容(容量由泄漏電流決定)連接到機殼。如果設備的機箱是非金屬的，則地線面不能起到較好的旁路作用，在這種情況下，主要靠提高電感高頻特性發揮作用。采用鐵氧體磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效。一般將鐵氧體磁芯用在干擾的源頭和設備的入口處最為有效。
2.2 電纜線的措施
系統上的電纜是最有效的干擾接收與發射天線。解決電快速脈沖干擾的方法是將電纜屏蔽起來并且接地；信號電纜上安裝共模扼流圈，共模扼流圈實際是一種低通濾波器，只有當電感量足夠大時，才能對電快速脈沖群有效果。但是當共模扼流圈的電感量較大時，雜散電容也較大使得，共模扼流圈的高頻抑制效果降低。因此，在實際使用時，需要注意調整扼流圈的匝數。必要時將兩個不同匝數扼流圈串聯起來，兼顧高頻和低頻的要求；信號電纜上安裝共模濾波電容，切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，這種濾波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要將金屬機箱作為濾波電容的地。另外，串入磁珠對抑制高頻干擾也有一定的效果。
2.3 接口的措施
主控板與顯示面板的連接線應盡量短。連接線通常包含穩壓供電和幾條通信線。LCD驅動器入口電源并聯TVS二極管[2],當瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路，其結果是瞬時電流通過二極管被引開，避開被保護器件，并且在電壓恢復正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。當瞬時脈沖結束以后，TVS二極管自動回復高阻狀態，整個回路進入正常電壓。電源電路的穩壓電容取100 μF以上的電解電容，并跨接10 μF左右的電解電容和0.1 μF陶瓷電容。
每條通信線連接阻容低通濾波器，一般可選電阻幾百歐姆、電容30 pF～100 pF，可以起到保護輸入端口、濾除高頻干擾的作用。注意阻容的選值不能讓高速信號失真。另外，注意電源線、地線及輸入/輸出接口上不要保留無用的導線，以免引入干擾。
2.4 MCU防護措施
MCU做為單片機系統的核心，與整個系統的穩定運行有很大的關系，設計時應注意以下原則[3]：在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路；振蕩電路的地單獨連到MCU的VSS，且走線越短越粗則效果越好，石英晶體振蕩器外殼接地 ，地線半包或全包振蕩電路；MCU復位電路的電源和地單獨連到MCU的VDD和VSS，且走線越短越粗則效果越好；干擾較大的輸入口要并入0.1 μF濾波；通信器件間的距離越短越好，也可以加RC濾波電路，但不要讓波形失真；對于單片機閑置的輸入口，要接地或接電源，或設為輸出，不要懸空；對于驅動大功率器件，輸出口采用隔離，對于關鍵的高低電平驅動，設置內部上拉或下電阻拉保證系統的安全； 模擬信號電路部分、高速數字電路部分、噪聲源部分(如繼電器、大電流開關等)，合理地分開它們，使相互間的信號耦合為最小非常關鍵；加粗地線，減小地環路,減小地環路中的電流就能減小地環路干擾；在同類電路內部用串聯單點接地,不同類型的電路采用并聯單點接地；電源電路的穩壓電容取100 μF以上的電解電容,局部電源輸入端跨接10 μF左右的電解電容，原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01 μF的瓷片電容。
3 軟件防護
(1) 對單片機使用看門狗電路和掉電保護,一旦程序跑飛死機能重新開始運行[4]。電網瞬間斷電或電壓突然下降將使微機系統陷入混亂狀態，電網電壓恢復正常后，微機系統難以恢復正常。對付這一類事故的有效方法是掉電保護。當掉電信號通過硬件電路被軟件檢測出，馬上進行現場保護，保存當時重要的狀態參數；當電源恢復正常時，MCU重新復位，恢復現場，繼續未完成的工作。另外,睡眠時MCU對干擾不會作出任何反應，從而大大降低系統對干擾的敏感程度。
(2) 重復輸入或輸出。為了確保判斷正確，可以對輸入口連續多次判斷，有時為防止單片機輸出信號被干擾，可以通過重復輸出同一個信號來改善。只要重復周期盡可能短，收到一個被干擾的錯誤信號后還來不及作出有效的反應，而一個正確的輸出信號又來到，就可以及時防止錯誤動作的產生。
(3) 在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入NOP指令。在某些對系統工作狀態至關重要的指令前也可插人NOP指令，對重要的標志位進行實時刷新，在程序區設置軟件陷阱，軟件陷阱指向出錯處理程序。
(4) 對于雙機通信，通信協議中可以規定驗證碼，如果驗證不通過則重新通信。而對于被動接收數據的LCD驅動器，如果MCU工作不出錯，可以通過不斷刷新的方式覆蓋可能出現的錯誤。控制LCD驅動器時可能出現通信錯誤(即MCU發送給LCD驅動器的顯示設置指令和顯示數據在接收時已經出錯),也可能LCD驅動器自身的工作寄存器或顯示數據存儲器被干擾出錯。所以刷新傳送應包括指令和數據兩部分，刷新時間可以根據實際要求來定，刷新時間短，出錯可以很快被修正。
在硬件采取了一定的防護措施后，軟件的防護在提高EFT等級時，有時會起到既便宜又有效的關鍵作用，實際測試甚至會從2 kV提高到4 kV。
參考文獻
[1] GB-T_17626.4-2008_電磁兼容_試驗和測量技術_電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗[S].
[2] EFT測試|EFT整改[EB/OL].[2010-9-13].(2012-09-30). http://www.jic35.cn/st9683/Article_8311.html/.
[3] 宋秀敏,卜建平. 基于瑞薩QzROM單片機的EFT抗干擾措施[J]. 電子產品世界, 2011,18(1):55-56.
[4] 控制類家電產品抗擾措施培訓[EB/OL].(2012-10-5).http://www.doc88.com/p-906234687220.html.