【導讀】由于具備眾多優(yōu)點，電感升壓型背光驅(qū)動常是設(shè)計人員的首選。但電感升壓型背光驅(qū)動容易產(chǎn)生EMI輻射，可能會導致智能手機出現(xiàn)閃屏、掉網(wǎng)等問題。本文就來分析電感升壓型背光驅(qū)動的EMI輻射來源及應(yīng)對策略。
電感升壓型背光驅(qū)動由于具有LED電流匹配度好、和屏的接口連線少等優(yōu)點，而被手機設(shè)計人員選做大尺寸的智能手機背光驅(qū)動。但電感升壓型背光驅(qū)動容易產(chǎn)生EMI輻射，可能會對GSM、GPS或者其他射頻模塊產(chǎn)生EMI干擾而影響射頻靈敏度，嚴重的會出現(xiàn)搜不到臺、掉網(wǎng)等問題。而PCB的地波動、射頻模塊同樣也會產(chǎn)生EMI輻射，也可能引起電感升壓型背光驅(qū)動的輸出電流變化，從而出現(xiàn)閃屏的問題。
本文首先分析了電感升壓型背光驅(qū)動的EMI輻射來源，以及上海艾為電子技術(shù)有限公司的電感升壓型背光驅(qū)動芯片如何通過內(nèi)部電路的優(yōu)化設(shè)計，來降低電感產(chǎn)生的EMI輻射和調(diào)光時VOUT的EMI輻射，并對PCB設(shè)計提出了優(yōu)化EMI性能的建議。針對閃屏，文中分析了閃屏的原因，介紹了上海艾為的第二代電感升壓型背光驅(qū)動恒流恒壓雙反饋環(huán)路、RNS（射頻噪聲抑制）技術(shù)如何減小閃屏的風險。最后，本文介紹了上海艾為的大屏背光產(chǎn)品系列。
升壓過程中產(chǎn)生的EMI輻射及應(yīng)對
電感升壓型背光驅(qū)動工作時，電感上的電流是瞬態(tài)快速變化的。變化的電流在電感上會產(chǎn)生電磁場，是電感升壓型背光驅(qū)動的最主要EMI輻射來源。圖1是市面上某款電感升壓型背光驅(qū)動的SW引腳的電壓波形和EMI的測試結(jié)果。
圖1：某款電感升壓型背光驅(qū)動的SW引腳波形和EMI測試結(jié)果
圖1紅色實線是FCC CLASS B的標準線。紅色虛線是-6dB的裕量線，一般要求EMI測試結(jié)果不超過裕量線。藍色曲線是此款芯片的實際EMI測試結(jié)果--可以看到在100~600MHz有明顯的EMI能量；在300~500MHz頻率段已經(jīng)接近甚至有部分超過了FCC CLASS B的標準線。這將可能對手機中的FM、CMMB和射頻模塊產(chǎn)生非常嚴重的影響。
電感升壓型背光驅(qū)動SW引腳產(chǎn)生的EMI輻射主要有：開關(guān)信號和電感上電流變化產(chǎn)生的EMI輻射--電感升壓型背光驅(qū)動的工作頻率一般在1MHz附近，開關(guān)信號和電感上的電流變化產(chǎn)生的EMI輻射頻段主要在10MHz以下；開關(guān)信號沿產(chǎn)生的EMI輻射--開關(guān)信號沿的變化在納秒級范圍，沿越陡，越容易產(chǎn)生振鈴信號。陡峭的沿和振鈴信號都會產(chǎn)生很大分量的高頻EMI輻射（頻段集中在幾百MHz甚至GHz），是影響FM、CMMB和GSM射頻信號靈敏度的主要EMI來源。
降低高頻的EMI輻射，就要讓開關(guān)信號的沿變緩，但沿變緩會使在沿上消耗的功率增加，影響背光驅(qū)動的轉(zhuǎn)換效率。所以，EMI輻射的改善和效率的提升是矛盾的，需要相互折中。
圖2是第二代串聯(lián)背光上海艾為的AW9910/AW9920的EMI測試結(jié)果。為了同時取得最優(yōu)的EMI性能和轉(zhuǎn)換效率，AW9910/AW9920采用了專利技術(shù)的SW引腳信號沿斜率可變驅(qū)動技術(shù)，在信號沿的初期，驅(qū)動能力增強，信號沿的斜率較快，而在信號沿的末期，驅(qū)動能力變?nèi)酰盘栄氐男甭式档?，這樣在信號沿上消耗的功率更小，EMI輻射也更小。從圖2的EMI測試結(jié)果可以看到，AW9910/AW9920的EMI性能相比圖1最大提高了25dB！
圖2:AW9920STR/DNR的SW引腳波形和EMI測試結(jié)果
調(diào)光時產(chǎn)生的EMI輻射及應(yīng)對
SW引腳輸出信號的EMI輻射是手機設(shè)計人員關(guān)注得比較多的問題，但大家往往發(fā)現(xiàn)即使已經(jīng)花費很大力氣，減小SW引腳輸出信號的EMI輻射，但EMI問題依然存在。電感升壓型背光驅(qū)動芯片在PWM調(diào)光時輸出電壓VOUT可能會產(chǎn)生很大的輸出紋波。這也是一個EMI輻射源，但卻容易被手機設(shè)計人員忽視。
圖3是某款采用普通PWM調(diào)光方式的電感升壓型背光驅(qū)動在PWM調(diào)光時的使能引腳（EN）和輸出VOUT的波形。從圖3中可以看到，用10KHz 50%占空比的PWM信號調(diào)光時，輸出電壓VOUT上的紋波高達4V.而且我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)光頻率越低，輸出電壓紋波越大。而在PCB設(shè)計中，輸出VOUT需要從背光驅(qū)動模塊接到屏的背光LED的陽極，走線會比較長，這樣VOUT走線的輸出紋波也是一個嚴重的EMI輻射源！
圖3：某款電感升壓型背光驅(qū)動PWM調(diào)光時輸出VOUT紋波（10KHz、50%占空比）
輸出電壓上紋波幅度過大還會在輸出電容上產(chǎn)生刺耳的嘯叫聲。這是由于輸出MLCC電容的壓電效應(yīng)產(chǎn)生的振動而引起的。一般紋波幅度超過0.5V就能聽到明顯的嘯叫聲。提高調(diào)光頻率是一種解決辦法，但提高調(diào)光頻率會影響PWM調(diào)光的調(diào)光線性度，甚至會使調(diào)光功能失效，而且也沒有從根本上解決問題。
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上海艾為的電感升壓型背光驅(qū)動AW9920STR/DNR采用了創(chuàng)新的PWM轉(zhuǎn)恒流調(diào)光方式。PWM轉(zhuǎn)恒流調(diào)光接收普通的PWM調(diào)光信號，經(jīng)過內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)化，最終輸出一個恒定的輸出電流。輸出電流的大小與PWM調(diào)光的占空比成正比。輸出電流恒定，輸出電壓上的紋波就非常小了。圖4是AW9920在同樣條件下的測試結(jié)果，而AW9920的輸出電壓紋波不超過100mV.輸出VOUT上的EMI輻射和電容嘯叫的問題得到了完美解決！而且AW9920支持更高的調(diào)光頻率。調(diào)光頻率越高，EMI性能和電容嘯叫問題改善越好，同時還不影響調(diào)光線性度。
圖4：AW9920 PWM調(diào)光時輸出VOUT紋波（10KHz、50%占空比）
采用斜率可變的驅(qū)動技術(shù)和PWM轉(zhuǎn)恒流調(diào)光技術(shù)，使得上海艾為的第二代串聯(lián)背光驅(qū)動EMI性能顯著改善。這對PCB的設(shè)計要求也就大幅降低，而且還消除了輸出電容的嘯叫聲。但EMI輻射是一個非常復雜而難以感知的問題，在PCB設(shè)計時手機設(shè)計人員還要特別注意：連接至SW引腳的連線盡量短、面積盡量小，以減小SW走線上的EMI輻射；電感盡可能采用屏蔽電感；輸入VIN和輸出VOUT的旁路電容盡可能靠近芯片的對應(yīng)引腳；電源經(jīng)過芯片到地的走線要根據(jù)電流走線布線，盡可能減小寄生電阻和寄生電感；背光驅(qū)動模塊電源和其他模塊電源走線盡可能采用星星接法；地線盡可能采取鋪地的方式，并且和其他易受干擾的模塊地分開；背光驅(qū)動模塊建議用屏蔽罩屏蔽，以盡可能降低EMI輻射。
射頻信號對電感升壓型背光驅(qū)動產(chǎn)生的干擾及應(yīng)對
射頻信號尤其是GSM信號在工作時會產(chǎn)生間歇的突發(fā)電流和很強的EMI輻射。間歇的突發(fā)電流還會形成217Hz的電源波動。217Hz的電源波動會通過傳導耦合到電感升壓型背光驅(qū)動的電源輸入端。900MHz和1800MHz的高頻射頻信號形成217Hz的射頻包絡(luò)信號，這些高頻的射頻包絡(luò)信號會干擾反饋引腳，甚至是穿透封裝干擾芯片內(nèi)部的關(guān)鍵電路節(jié)點，從而引起閃屏。
上海艾為的第二代電感升壓型背光驅(qū)動均采用了RNS（射頻噪聲抑制）技術(shù)。通過內(nèi)部的特有電路架構(gòu)和電路設(shè)計對傳導和輻射干擾進行全方位的抑制，有效提高了閃屏的抑制能力。
上海艾為的智能機背光驅(qū)動系列
AW9910STR/DRN和AW9920STR/DNR是上海艾為全新的電感升壓型背光驅(qū)動。它們采用艾為獨創(chuàng)的EMI抑制技術(shù)和PWM轉(zhuǎn)恒流調(diào)光技術(shù)最大程度減小了噪聲輻射。集成Q-Mirror架構(gòu)的恒流和恒壓雙反饋控制環(huán)路及RNS技術(shù)，使LED的恒流輸出電流更加穩(wěn)定，更不易受干擾。AW9910和AW9920均同時支持SOT23-5L封裝和封裝熱阻更小的DFN2x2-8L封裝。其中，AW9920的典型應(yīng)用圖如圖6所示。
圖5：AW9920典型應(yīng)用圖
地干擾引起的閃屏和應(yīng)對
傳統(tǒng)的第一代電感升壓型背光驅(qū)動采用的是外接反饋電阻的方式設(shè)定LED電流。其典型應(yīng)用圖如圖5所示。這種架構(gòu)在應(yīng)用時如果反饋電阻的地和背光驅(qū)動芯片的地PCB共地不好，背光驅(qū)動芯片的地和反饋電阻的地波動幅度或者方向不一致的話，就會導致反饋電阻上的電壓波動而閃屏。而且屏幕亮度越暗，反饋電壓越小，閃屏的風險越大。
圖6：傳統(tǒng)電感升壓型背光驅(qū)動典型應(yīng)用圖
作為第二代電感升壓型背光驅(qū)動，上海艾為的電感升壓型背光驅(qū)動采用的是恒流和恒壓雙反饋環(huán)路--在傳統(tǒng)的恒壓控制環(huán)路上增加了一個內(nèi)置Q-Mirror的恒流控制環(huán)路。恒流環(huán)路產(chǎn)生恒定的輸出電流；恒壓環(huán)路產(chǎn)生最低的輸出電壓。雙環(huán)路的控制方式更合理且不受地波動對LED輸出電流的影響，完全沒有第一代電感升壓型背光驅(qū)動存在的閃屏風險。
第一代電感升壓型背光驅(qū)動在關(guān)斷狀態(tài)還存在一個從電源經(jīng)過LED串和反饋電阻到地的通路而導致漏電；而AW9910/AW9920在關(guān)斷狀態(tài)Q-Mirror會關(guān)閉，LED陰極到地呈高阻狀態(tài)，從而切斷了漏電通路。
