应对智能手机的背光驱动干扰

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简介:本文分析了电感升压型背光驱动的EMI辐射来源,以及电感升压型背光驱动芯片如何通过内部电路的优化设计,来降低电感产生的EMI辐射和调光时VOUT的EMI辐射,并对PCB设计提出了优化EMI性能。

升压过程中产生的EMI辐射及应对

电感升压型背光驱动工作时,电感上的电流是瞬态快速变化的。变化的电流在电感上会产生电磁场,是电感升压型背光驱动的最主要EMI辐射来源。

电感升压型背光驱动SW引脚产生的EMI辐射主要有:开关信号和电感上电流变化产生的EMI辐射--电感升压型背光驱动的工作频率一般在1MHz附近,开关信号和电感上的电流变化产生的EMI辐射频段主要在10MHz以下;开关信号沿产生的EMI辐射--开关信号沿的变化在纳秒级范围,沿越陡,越容易产生振铃信号。陡峭的沿和振铃信号都会产生很大分量的高频EMI辐射(频段集中在几百MHz甚至GHz),是影响FM、CMMB和GSM射频信号灵敏度的主要EMI来源。

降低高频的EMI辐射,就要让开关信号的沿变缓,但沿变缓会使在沿上消耗的功率增加,影响背光驱动的转换效率。所以,EMI辐射的改善和效率的提升是矛盾的,需要相互折中。

调光时产生的EMI辐射及应对

SW引脚输出信号的EMI辐射是手机设计人员关注得比较多的问题,但大家往往发现即使已经花费很大力气,减小SW引脚输出信号的EMI辐射,但EMI问题依然存在。电感升压型背光驱动芯片在PWM调光时输出电压VOUT可能会产生很大的输出纹波。这也是一个EMI辐射源,但却容易被手机设计人员忽视。

输出电压上纹波幅度过大还会在输出电容上产生刺耳的啸叫声。这是由于输出MLCC电容的压电效应产生的振动而引起的。一般纹波幅度超过0.5V就能听到明显的啸叫声。提高调光频率是一种解决办法,但提高调光频率会影响PWM调光的调光线性度,甚至会使调光功能失效,而且也没有从根本上解决问题。

上海艾为的电感升压型背光驱动AW9920STR/DNR采用了创新的PWM转恒流调光方式。PWM转恒流调光接收普通的PWM调光信号,经过内部的电路转化,最终输出一个恒定的输出电流。输出电流的大小与PWM调光的占空比成正比。输出电流恒定,输出电压上的纹波就非常小了。

采用斜率可变的驱动技术和PWM转恒流调光技术,使得上海艾为的第二代串联背光驱动EMI性能显著改善。这对PCB的设计要求也就大幅降低,而且还消除了输出电容的啸叫声。但EMI辐射是一个非常复杂而难以感知的问题,在PCB设计时手机设计人员还要特别注意:连接至SW引脚的连线尽量短、面积尽量小,以减小SW走线上的EMI辐射;电感尽可能采用屏蔽电感;输入VIN和输出VOUT的旁路电容尽可能靠近芯片的对应引脚;电源经过芯片到地的走线要根据电流走线布线,尽可能减小寄生电阻和寄生电感;背光驱动模块电源和其他模块电源走线尽可能采用星星接法;地线尽可能采取铺地的方式,并且和其他易受干扰的模块地分开;背光驱动模块建议用屏蔽罩屏蔽,以尽可能降低EMI辐射。

地干扰引起的闪屏和应对

传统的第一代电感升压型背光驱动采用的是外接反馈电阻的方式设定LED电流。这种架构在应用时如果反馈电阻的地和背光驱动芯片的地PCB共地不好,背光驱动芯片的地和反馈电阻的地波动幅度或者方向不一致的话,就会导致反馈电阻上的电压波动而闪屏。而且屏幕亮度越暗,反馈电压越小,闪屏的风险越大。

作为第二代电感升压型背光驱动,上海艾为的电感升压型背光驱动采用的是恒流和恒压双反馈环路--在传统的恒压控制环路上增加了一个内置Q-Mirror的恒流控制环路。恒流环路产生恒定的输出电流;恒压环路产生最低的输出电压。双环路的控制方式更合理且不受地波动对LED输出电流的影响,完全没有第一代电感升压型背光驱动存在的闪屏风险。

第一代电感升压型背光驱动在关断状态还存在一个从电源经过LED串和反馈电阻到地的通路而导致漏电;而AW9910/AW9920在关断状态Q-Mirror会关闭,LED阴极到地呈高阻状态,从而切断了漏电通路。

射频信号对电感升压型背光驱动产生的干扰及应对

射频信号尤其是GSM信号在工作时会产生间歇的突发电流和很强的EMI辐射。间歇的突发电流还会形成217Hz的电源波动。217Hz的电源波动会通过传导耦合到电感升压型背光驱动的电源输入端。900MHz和1800MHz的高频射频信号形成217Hz的射频包络信号,这些高频的射频包络信号会干扰反馈引脚,甚至是穿透封装干扰芯片内部的关键电路节点,从而引起闪屏。

上海艾为的第二代电感升压型背光驱动均采用了RNS(射频噪声抑制)技术。通过内部的特有电路架构和电路设计对传导和辐射干扰进行全方位的抑制,有效提高了闪屏的抑制能力。

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