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汽车电子触摸屏EMC设计

  0 引言

  触摸屏是目前最简单、方便和直接的一种人机交互方式。触摸屏的应用非常广阔,汽车娱乐系统目前也普遍使用了触摸屏,触摸屏的应用给驾驶者带来了良好的用户体验,同时也对汽车娱乐系统的EMC设计带来了挑战。

  触摸屏根据感应原理可分为电阻式、电容式、声波式和光学式等。目前,电容式触摸屏凭借其高灵敏度、多点触摸和寿命长等特点,已成为汽车娱乐系统市场的主流。本文主要对电容触摸屏进行介绍和EMC设计分析。

  1 电容触摸屏简介

  当手指触摸在触摸屏上时,手指和触摸屏表面形成一个耦合电容,耦合电容对于触摸屏表面的持续扫描脉冲信号是导体,于是手指吸收走一部分的电流,控制器通过对变化电流比例的计算得出触摸点的位置。图1所示为电容式触摸屏的工作原理示意图。

汽车电子触摸屏EMC设计

  图1 电容触摸屏工作原理

  触摸屏的水平和垂直方向分布着若干根“X Line”和“Y Line”,X Line会发射100kHz至300kHz的脉冲信号,Y Line会接收到X Line耦合过来的信号。如果没有手指触摸,整个触摸屏范围内的Y Line检测的电流值是一定的,如果有手指触摸,则Y Line上耦合到的信号会因为连接了手指产生的耦合电容而会发生明显变化。

  2 电容触摸屏的EMC设计

  如上节所述,电容触摸屏检测用的脉冲信号频率在100kHz至300kHz之间,汽车电子EMC测试标准中的RE(Radiated Emission)和BCI(Bulk Current Injection)测试都覆盖了这个频段,如果处理不当将很容易导致RE测试结果超标和BCI测试时触摸屏误触发。另外,由于电容触摸屏在汽车电子EMC测试中需要经受多次±25kV静电放电测试,所以如果相关防护设计不够理想,会容易导致触摸屏损坏或者触摸屏驱动IC失效的问题。

  2.1 电容触摸屏RE问题及解决措施

  RE测试是衡量被试品通过空间辐射对其他设备的干扰能力。汽车电子的RE测试频率一般从100kHz开始,所以在低频段会测出电容触摸屏的检测信号。在笔者一个项目的第一次摸底时发现在低频段严重超标,如图2红色曲线所示。

  通过排除法定位了骚扰源头来自电容触摸屏检测用的脉冲信号,而此脉冲信号各参数完全是由触摸屏控制器控制,要有效降低辐射值必须通过修改触摸屏控制器的软件设置来修改脉冲信号的参数。在不影响触摸屏报点各项性能的前提下以下措施的应用通过实验验证会明显降低脉冲信号导致的电磁辐射。

  (1)降低脉冲信号的电压和电流。

  触摸屏在满足充电时间时可以降低输出脉冲信号的电压和电流。

  (2)脉冲上升沿设置为缓慢上升。

  触摸屏控制器为了缩短大尺寸触摸屏屏充电时间从而提高报点率一般都会将脉冲上升沿配置为快速上升,即上升沿在100ns左右。而对于汽车电子产品,报点率不会要求太高的情况下可以将斜率改为缓慢上升,即上升沿在500ns左右。

  (3)在触摸屏无触摸动作10秒后工作模式从Active转为Idle。

  所谓Active模式是指控制器连续发出脉冲信号,Idle模式是指控制器间隔一段时间发出脉冲信号。这样测试时天线在单个频点单位时间内检测到的能量就少了很多。

  (4)增大脉冲间隔时间和减少脉冲个数。

  增大脉冲间隔时间和减少脉冲个数同样可以降低天线在单个频点单位时间内检测到的能量。

  其中措施(1)和(2)会降低测试的峰值,措施(3)和(4)会降低测试的平均值和准峰值。

汽车电子触摸屏EMC设计

  图2 音响娱乐系统某产品整改前后单极天线测试结果对比

  图2蓝色曲线是使用了触摸屏新配置软件后的测试结果。可以看出在低频段不但不再超标而且有了足够的余量。

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