摘 要： 简要介绍了家电LCD显示系统的EFT测试标准与防护,以及从硬件和软件方面提高EFT防护等级可以采取的对策。
关键词： LCD显示; 电快速瞬变脉冲群测试; 干扰防护
环境中存在着一些短暂的高能脉冲干扰，这些干扰对电子设备的危害很大，一般称这种干扰为瞬态干扰。产生瞬态干扰的原因主要有：雷电、静电放电、感性负载通断、电磁脉冲等。电子设备必须能够在这些环境中正常工作。由于电感性负载（如继电器、接触器等）在断开时开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处会产生暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关,则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现，形成一连串的脉冲，可以在电路的输入端产生累计效应，使干扰电平的幅度最终超过电路的噪声门限，便会引起线路乃至设备的误动作。
很多的家电人机界面采用LCD显示系统，其组成包括稳压电源、主控MCU和LCD驱动接口。LCD驱动器是一种被动器件，它接收主控MCU的指令，存储MCU传送的显示数据，控制显示状态。如果不能采取有效措施防护瞬态干扰，很可能导致工作中显示混乱甚至死机。所以在项目开发测试阶段，很多厂家要求必须通过不同等级的脉冲群抗扰度试验，而进行LCD显示系统防护也是重要的考虑因素。
1 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验EFT介绍
GB/T17626.4 (IEC 61000-4-4)《电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》[1]这一国家电磁兼容基础标准，规定了EFT试验方法。重复快速瞬变试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。此波形不是感性负载断开的实际波形(感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的),而实验所采用的波形使实验等级更为严酷。电快速脉冲群由间隔为300 ms的连续脉冲串构成,如图1所示,每一个脉冲串持续15 ms，并由数个无极性的单个脉冲波形组成，单个脉冲的上升沿5 ns，持续时间50 ns，重复频率5 kHz,这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分。脉冲群干扰实际上是加在电源线与参考大地之间，因此加在电源线上的干扰是共模干扰。单个脉冲的能量较小，不会对设备造成故障。但脉冲群干扰信号对设备线路结电容充电，当上面的能量积累到一定程度之后，就可能引起线路的误动作。
标准规定了试验等级为1～4级，电压峰值分别为在供电电源端口：0.5 kV、1 kV、2 kV、4 kV，在I/O、数据和控制端口：0.25 kV、0.5 kV、1 kV、2 kV。
对不同试验结果，可以根据该产品的工作条件和功能规范按以下内容分类：
(1) 技术要求范围内的性能正常；
(2) 功能暂时降低或丧失，但可自行恢复性能；
(3) 功能暂时降低或丧失，要求操作人员干预或系统复位；
(4) 由于设备（元件）或软件的损坏或数据的丧失而造成不可恢复的功能降低或丧失。
符合(1)类的产品，试验结果判合格。这意味着产品在整个试验过程中功能正常，性能指标符合技术要求。
符合(2)类的产品，试验结果应视其产品标准、产品使用说明书或者试验大纲的规定来判定，当认为某些影响不重要时，可以判为合格。
符合(3)类的产品，试验结果除了特殊情况并且不会造成危害以外，多数判为不合格。
符合(4)类的产品判别为不合格。
2 针对EFT硬件防护
2.1 电源线的措施
解决电源线干扰问题的主要方法是在电源线入口处安装电源线滤波器，以阻止干扰进入设备。这时，只要在电源线的入口处安装一只含有共模滤波电容的电源线滤波器，线 — 地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件，它使干扰旁路到机壳而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈，中心抽头通过一只电容(容量由泄漏电流决定)连接到机壳。如果设备的机箱是非金属的，则地线面不能起到较好的旁路作用，在这种情况下，主要靠提高电感高频特性发挥作用。采用铁氧体磁芯吸收的方案非常便宜也非常有效。一般将铁氧体磁芯用在干扰的源头和设备的入口处最为有效。
2.2 电缆线的措施
系统上的电缆是最有效的干扰接收与发射天线。解决电快速脉冲干扰的方法是将电缆屏蔽起来并且接地；信号电缆上安装共模扼流圈，共模扼流圈实际是一种低通滤波器，只有当电感量足够大时，才能对电快速脉冲群有效果。但是当共模扼流圈的电感量较大时，杂散电容也较大使得，共模扼流圈的高频抑制效果降低。因此，在实际使用时，需要注意调整扼流圈的匝数。必要时将两个不同匝数扼流圈串联起来，兼顾高频和低频的要求；信号电缆上安装共模滤波电容，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，这种滤波方法比扼流圈具有更好的效果，但是需要将金属机箱作为滤波电容的地。另外，串入磁珠对抑制高频干扰也有一定的效果。
2.3 接口的措施
主控板与显示面板的连接线应尽量短。连接线通常包含稳压供电和几条通信线。LCD驱动器入口电源并联TVS二极管[2],当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。电源电路的稳压电容取100 μF以上的电解电容，并跨接10 μF左右的电解电容和0.1 μF陶瓷电容。
每条通信线连接阻容低通滤波器，一般可选电阻几百欧姆、电容30 pF～100 pF，可以起到保护输入端口、滤除高频干扰的作用。注意阻容的选值不能让高速信号失真。另外，注意电源线、地线及输入/输出接口上不要保留无用的导线，以免引入干扰。
2.4 MCU防护措施
MCU做为单片机系统的核心，与整个系统的稳定运行有很大的关系，设计时应注意以下原则[3]：在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路；振荡电路的地单独连到MCU的VSS，且走线越短越粗则效果越好，石英晶体振荡器外壳接地 ，地线半包或全包振荡电路；MCU复位电路的电源和地单独连到MCU的VDD和VSS，且走线越短越粗则效果越好；干扰较大的输入口要并入0.1 μF滤波；通信器件间的距离越短越好，也可以加RC滤波电路，但不要让波形失真；对于单片机闲置的输入口，要接地或接电源，或设为输出，不要悬空；对于驱动大功率器件，输出口采用隔离，对于关键的高低电平驱动，设置内部上拉或下电阻拉保证系统的安全； 模拟信号电路部分、高速数字电路部分、噪声源部分(如继电器、大电流开关等)，合理地分开它们，使相互间的信号耦合为最小非常关键；加粗地线，减小地环路,减小地环路中的电流就能减小地环路干扰；在同类电路内部用串联单点接地,不同类型的电路采用并联单点接地；电源电路的稳压电容取100 μF以上的电解电容,局部电源输入端跨接10 μF左右的电解电容，原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01 μF的瓷片电容。
3 软件防护
(1) 对单片机使用看门狗电路和掉电保护,一旦程序跑飞死机能重新开始运行[4]。电网瞬间断电或电压突然下降将使微机系统陷入混乱状态，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。对付这一类事故的有效方法是掉电保护。当掉电信号通过硬件电路被软件检测出，马上进行现场保护，保存当时重要的状态参数；当电源恢复正常时，MCU重新复位，恢复现场，继续未完成的工作。另外,睡眠时MCU对干扰不会作出任何反应，从而大大降低系统对干扰的敏感程度。
(2) 重复输入或输出。为了确保判断正确，可以对输入口连续多次判断，有时为防止单片机输出信号被干扰，可以通过重复输出同一个信号来改善。只要重复周期尽可能短，收到一个被干扰的错误信号后还来不及作出有效的反应，而一个正确的输出信号又来到，就可以及时防止错误动作的产生。
(3) 在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入NOP指令。在某些对系统工作状态至关重要的指令前也可插人NOP指令，对重要的标志位进行实时刷新，在程序区设置软件陷阱，软件陷阱指向出错处理程序。
(4) 对于双机通信，通信协议中可以规定验证码，如果验证不通过则重新通信。而对于被动接收数据的LCD驱动器，如果MCU工作不出错，可以通过不断刷新的方式覆盖可能出现的错误。控制LCD驱动器时可能出现通信错误(即MCU发送给LCD驱动器的显示设置指令和显示数据在接收时已经出错),也可能LCD驱动器自身的工作寄存器或显示数据存储器被干扰出错。所以刷新传送应包括指令和数据两部分，刷新时间可以根据实际要求来定，刷新时间短，出错可以很快被修正。
在硬件采取了一定的防护措施后，软件的防护在提高EFT等级时，有时会起到既便宜又有效的关键作用，实际测试甚至会从2 kV提高到4 kV。
参考文献
[1] GB-T_17626.4-2008_电磁兼容_试验和测量技术_电快速瞬变脉冲群抗扰度试验[S].
[2] EFT测试|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. 基于瑞萨QzROM单片机的EFT抗干扰措施[J]. 电子产品世界, 2011,18(1):55-56.
[4] 控制类家电产品抗扰措施培训[EB/OL].(2012-10-5).http://www.doc88.com/p-906234687220.html.