Película de mejora de brillo (BEF)

La película de mejora del brillo (BEF), también conocida como lámina de prisma, es un componente clave en el módulo de retroiluminación de las pantallas TFT-LCD. Se trata de una película óptica con microestructuras precisas que concentra la luz dispersada desde la fuente de luz hacia adelante, reduciendo la dispersión a aproximadamente 70 grados. Esto la convierte en un importante elemento de ahorro energético en las pantallas LCD.

Un solo BEF puede aumentar el brillo entre un 40 y un 60 %. Al utilizar dos películas BEF juntas, con sus prismas orientados a 90 grados, se puede lograr una mejora del brillo aún mayor.

La función del BEF es dirigir la luz, que de otro modo se propagaría en una amplia gama de ángulos, hacia un ángulo más estrecho, orientado hacia adelante, para aumentar la intensidad de la luz visible desde el frente. En esencia, una película básica de mejora del brillo es una lámina prismática que refracta, refleja y concentra la luz para lograr un brillo mejorado.

La desventaja de BEF es que, con el mismo nivel de brillo, la pantalla parece más brillante cuando se mira directamente desde el frente, pero la imagen se vuelve más oscura cuando se mira desde un ángulo.

DBEF (Película de mejora de brillo dual)

DBEF (Película de Mejora de Brillo Dual) es un polarizador reflectante que refleja la luz polarizada S antes de que sea absorbida por el panel LCD. Mediante reflexiones repetidas, permite reutilizar aproximadamente el 40 % de la luz polarizada S.

La luz emitida por la retroiluminación se puede descomponer en luz polarizada P y S, ortogonales en la dirección de polarización. DBEF puede reciclar y reutilizar la luz polarizada S que, de otro modo, sería absorbida por el polarizador, mejorando así la eficiencia de utilización de la luz del sistema de retroiluminación.

En comparación con el BEF, el DBEF mejora el aprovechamiento de la luz y aumenta el brillo, superando las limitaciones del ángulo de visión del BEF. Por lo tanto, a veces se le denomina "película colimadora", mientras que al DBEF se le denomina "película de mejora del brillo".

BEF y DBEF se pueden utilizar juntos para maximizar la eficiencia de emisión de luz y optimizar el costo.

Consulte también las imágenes a continuación para ver los productos fabricados por Orient Display. El lado derecho muestra solo BEF, y el lado derecho muestra la combinación de BEF y DBEF.

 

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Construcciones y datos:

 

La norma IEC 61000-4-2 es una norma de compatibilidad electromagnética (EMC) desarrollada por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), específicamente destinada a probar la inmunidad a las descargas electrostáticas (ESD). Esta norma está diseñada para evaluar y verificar la capacidad de los equipos y sistemas electrónicos para soportar descargas electrostáticas. Define los procedimientos para las pruebas de descargas electrostáticas y varios niveles de prueba.

1. Niveles de prueba IEC 61000-4-2

La norma IEC 61000-4-2 define dos tipos principales de descargas:

1) Descarga de contacto: La descarga electrostática se aplica directamente al dispositivo a través de un electrodo de prueba en contacto con él.

Descarga de aire: La descarga electrostática se aplica acercando el electrodo de prueba al dispositivo (sin contacto directo).

Cada tipo de descarga tiene diferentes niveles de prueba de voltaje para simular la intensidad de la descarga electrostática que puede encontrarse en diversos entornos. Los niveles de prueba estándar definidos en la norma IEC 61000-4-2 son los siguientes:

Niveles de descarga de contacto:

• Nivel 1: 2 kV
• Nivel 2: 4 kV
• Nivel 3: 6 kV
• Nivel 4: 8 kV
• Nivel especial: > 8 kV (el usuario puede definir niveles de voltaje más altos según las necesidades reales)

Niveles de descarga de aire:

• Nivel 1: 2 kV
• Nivel 2: 4 kV
• Nivel 3: 8 kV
• Nivel 4: 15 kV
• Nivel especial: > 15 kV (De manera similar, el usuario puede definir niveles de voltaje más altos según las necesidades reales)

Solo para pantallas LCD, el nivel máximo de prueba es 4.

 

2. Procedimiento de prueba

Durante el proceso de prueba propiamente dicho, el equipo debe someterse a una serie de operaciones de descarga electrostática prescritas para garantizar que pueda soportar el entorno de descarga electrostática previsto. El procedimiento de prueba específico incluye:

1) Selección del nivel de prueba:Elija el nivel de prueba apropiado (Nivel 1 a Nivel 4, o un nivel especial superior) según el entorno de uso esperado del equipo.

2) Configuración del equipo de prueba:Utilice una pistola de descarga electrostática y otros equipos de prueba necesarios según lo especificado por la norma IEC 61000-4-2.

3) Métodos de descarga:

• Descarga de contacto:Ponga en contacto directo la punta de la pistola de descarga con las partes metálicas del equipo.
• Descarga de aire:Acerque la punta de la pistola de descarga a las partes no metálicas del equipo, acercándose gradualmente hasta que se produzca la descarga.

4) Repitiendo la descarga:Por lo general, se requieren múltiples descargas (generalmente 10 o más) en cada punto de prueba para verificar la inmunidad del equipo a las descargas electrostáticas en todos los puntos de prueba.

5) Observación y registro:Después de cada descarga, observe la respuesta del equipo (como reinicio, pérdida de datos, falla de función, etc.) y registre los resultados de la prueba.

 

3. Principales fenómenos de fallas en las pruebas ESD de pantallas LCD

Cuando una pantalla LCD no pasa una prueba ESD (descarga electrostática), comúnmente se observan los siguientes fenómenos:

1) Pantalla Parpadeo or Parpadeo:La pantalla puede parpadear o titilar intermitentemente debido a la inestabilidad causada por una descarga electrostática.

2) Permanent Artefactos de exhibición:Pueden aparecer líneas permanentes, manchas o distorsiones en la pantalla, lo que indica daños en el panel LCD o en los circuitos.

3) Pantalla Congelamiento: la pantalla puede congelarse o dejar de responder, lo que requiere reiniciar o apagar y encender para recuperarse.

4) Distorsión de color:Los colores en la pantalla pueden distorsionarse o volverse incorrectos, lo que podría deberse a daños en el controlador de pantalla u otros componentes electrónicos.

5) Pérdida de funcionalidad de visualización:La pantalla puede quedar completamente en blanco o no mostrar ninguna imagen, lo que sugiere una falla más grave de los componentes internos de la pantalla.

6) Mal funcionamiento de la función táctil (si corresponde): En las pantallas LCD táctiles, la función táctil puede dejar de responder o volverse errática después de un evento ESD.

7) Reinicios inesperados:El dispositivo podría reiniciarse inesperadamente debido a que la ESD afecta la administración de energía o los circuitos de control del dispositivo.

8) Pérdida o corrupción de datos:Puede haber una pérdida o corrupción de datos, particularmente si la ESD afecta la memoria o los componentes de almacenamiento.
Estos fenómenos indican que la pantalla LCD o sus componentes electrónicos asociados se han visto afectados por una descarga electrostática, lo que requiere mayor investigación y posiblemente protección adicional del circuito o blindaje.

 

4. Medidas de mejora de la descarga electrostática (ESD)

1) Medidas preventivas durante la fase de diseño

a. Diseño a nivel de directorio

• Diseño de plano de tierra: Asegúrese de que la placa de circuito impreso tenga un plano de tierra completo para mejorar su resistencia a las interferencias. Un plano de tierra sólido ayuda a proporcionar una ruta de baja impedancia para el flujo de corriente, lo que reduce eficazmente el ruido y mejora la compatibilidad electromagnética (EMC) general de la placa.
• Dispositivos de protección ESD: Agregue dispositivos de protección ESD en líneas de señal críticas, como diodos TVS (supresión de voltaje transitorio) y capacitores de protección ESD. Estos componentes ayudan a contener los picos de voltaje y disipar de manera segura la energía ESD, lo que protege los circuitos sensibles contra daños.
• Optimización de la ruta de retorno de la señal:Optimice las rutas de retorno de la señal para minimizar la corriente ESD que pasa a través de circuitos críticos. Las rutas de retorno diseñadas correctamente garantizan que las corrientes ESD se dirijan lejos de las áreas sensibles, lo que reduce la posibilidad de daños en el circuito y mejora la resistencia general a las ESD.

b. Diseño del recinto

• Recubrimiento conductivo:Aplicar un revestimiento conductor en el interior de las carcasas de plástico para proporcionar un efecto de protección. Este revestimiento ayuda a bloquear y disipar las descargas electrostáticas (ESD), protegiendo así los componentes internos.
• Puesta a tierra de envolventes metálicas: Asegúrese de que la carcasa metálica esté correctamente conectada a tierra para proporcionar una vía eficaz para la descarga de ESD. Una buena conexión a tierra ayuda a disipar de forma segura la electricidad estática lejos de los componentes electrónicos sensibles.
• Aumente el área de conexión a tierra entre el marco metálico de la pantalla LCD TFT y la placa de circuito impreso del producto:Amplíe el área de conexión a tierra entre el marco metálico de la pantalla LCD TFT y la PCB del producto. Esto ayuda a crear una ruta ESD más eficaz y mejora la inmunidad general del dispositivo a las descargas electrostáticas.
• Aumente el espacio flotante entre la carcasa y la pantalla táctil TFT: Aumente el espacio flotante entre la carcasa y la pantalla táctil TFT. Un espacio más grande puede ayudar a minimizar el impacto directo de la ESD en la pantalla táctil al proporcionar más espacio para que la posible descarga se disipe sin afectar los componentes sensibles.

2) Optimización del cableado y el diseño

• Protección de componentes críticos: Coloque los componentes sensibles lejos de las áreas que puedan entrar en contacto con descargas electroestáticas, como botones, conectores e interfaces. Esto reduce el riesgo de que la descarga electroestática llegue a estos componentes y provoque daños.
• Cables de conexión a tierra cortos: Minimice la longitud de los cables de conexión a tierra para reducir la resistencia y la inductancia de la conexión a tierra. Las rutas de conexión a tierra más cortas proporcionan una ruta más eficiente para que las corrientes ESD se disipen, lo que mejora la protección general.
• Zonas de Aislamiento: Cree zonas de protección ESD dedicadas en la PCB para aislar los circuitos sensibles de las áreas que podrían entrar en contacto con ESD. Esto puede implicar agregar barreras, planos de conexión a tierra o trazas de protección para proteger los componentes críticos de posibles vías de descarga.

3) Filtrado y almacenamiento en búfer

• Condensadores de filtrado:Agregue condensadores de filtrado a las líneas de señal críticas para absorber los pulsos ESD.
• Resistencias en serie:Coloque pequeñas resistencias en serie con líneas de señal para limitar la corriente ESD.

4) Filtrado y almacenamiento en búfer

• Condensadores de filtrado:Agregue capacitores de filtrado en líneas de señal críticas para absorber pulsos ESD.
• Resistencias en serie:Coloque pequeñas resistencias en serie con líneas de señal para limitar la corriente ESD.

5) Blindaje y puesta a tierra

• Cubiertas de protección:Instale cubiertas de protección de metal o ITO (óxido de indio y estaño) en los monitores LCD para reducir el impacto directo de la ESD.
• Optimización de la ruta de puesta a tierra:Asegúrese de que las cubiertas de protección, los revestimientos conductores y los gabinetes metálicos tengan buenas conexiones a tierra para formar una ruta de descarga ESD de baja impedancia.

6) Protección de interfaz y botones

• Protección de interfaz:Agregue dispositivos de protección ESD, como diodos TVS, en las interfaces de entrada y salida de la pantalla.
• Protección de botones:Diseñe un blindaje y una conexión a tierra adecuados para los botones a fin de reducir la interferencia ESD que se transmite a través de ellos.

7) Manejo de líneas eléctricas y de tierra

• Transformadores de aislamiento:Utilice transformadores de aislamiento para separar la sección de potencia de la sección de señal, reduciendo la posibilidad de conducción de ESD a través de la fuente de alimentación.
• Manejo de línea de tierra:Agregue bobinas de modo común y capacitores de filtrado en la entrada de energía para reducir la posibilidad de conducción de ESD a través de líneas eléctricas.

8) Prueba y validación de productos

• Prueba de pistola ESD:Utilice una pistola ESD para realizar pruebas simuladas para identificar puntos débiles e implementar medidas correctivas.
• Validación repetida:Realizar pruebas ESD repetidas en diferentes entornos para garantizar que las medidas correctivas sean efectivas.

9) Selección de materiales

• Materiales antiestáticos:Elija materiales con propiedades antiestáticas para la carcasa del monitor, como plásticos antiestáticos.
• Caucho conductor:Utilice goma conductora en botones e interfaces para mejorar la capacidad antiestática.

 

5. Ejemplos de mejoras específicas

1) Protección SD para interfaces de monitor

Para proteger las interfaces HDMI, VGA, USB y otras de un monitor contra ESD (descarga electrostática), considere las siguientes estrategias de protección:

• Diodos TVS en paralelo:Instale diodos de supresión de voltaje transitorio (TVS) en paralelo en las líneas de señal de HDMI, VGA, USB y otras interfaces. Los diodos TVS ayudan a limitar los picos de voltaje causados ​​por ESD, lo que protege los circuitos sensibles de picos de alto voltaje.
• Añadiendo pequeños condensadores:Coloque pequeños condensadores cerca de las interfaces para formar filtros de paso bajo. Estos condensadores ayudan a absorber y filtrar los pulsos ESD de alta frecuencia, lo que protege aún más los componentes internos del monitor.

 

2) Protección ESD para botones

Para proteger los botones de las descargas electrostáticas (ESD), se pueden implementar las siguientes medidas:

• Almohadillas de goma conductoras: Coloque almohadillas de goma conductoras entre los botones y la placa de circuitos para garantizar una conexión a tierra eficaz cuando se presionan los botones. La goma conductora proporciona una vía para que la ESD se disipe de forma segura a tierra, lo que reduce el riesgo de daños al circuito.
• Resistencias en serie: Inserte pequeñas resistencias en serie con las líneas de los botones. Estas resistencias ayudan a limitar la corriente ESD que podría fluir hacia el circuito, lo que proporciona protección adicional para los componentes sensibles al reducir el impacto de los pulsos ESD.

3) Protección ESD para líneas eléctricas

Para protegerse contra descargas electrostáticas (ESD) a través de las líneas eléctricas, se pueden utilizar las siguientes medidas:

• Choques de modo común: Instale bobinas de modo común en la entrada de alimentación. Estas bobinas ayudan a suprimir el ruido de modo común y reducen la cantidad de energía ESD que puede conducirse a través de las líneas eléctricas.
• Condensadores X/Y:Utilice condensadores X e Y en la entrada de alimentación para filtrar los pulsos ESD que circulan por las líneas eléctricas. Los condensadores X se colocan entre la línea y el neutro, mientras que los condensadores Y se conectan entre la línea/neutro y la tierra. Juntos, forman una red de filtrado eficaz para absorber y mitigar los pulsos ESD de alta frecuencia.

4) Restablecer pin con circuito RC

Para proteger el pin de reinicio de las descargas electroestáticas y garantizar un funcionamiento estable, se puede añadir un circuito RC (resistencia-condensador). Los valores sugeridos para los componentes son:

• R1 = 1 kΩ (1 kiloohmio):Esta resistencia ayuda a limitar la corriente que fluye hacia el pin de reinicio, proporcionando un amortiguador contra picos de voltaje repentinos debido a ESD.
• C1 = 0.1 µF (microfaradio):Este condensador actúa como un filtro, suavizando cualquier cambio rápido de voltaje y proporcionando estabilidad a la señal de reinicio.
• C2 = 0.047 µF (microfaradio)Se puede colocar un capacitor adicional en paralelo para refinar aún más el filtrado, asegurando que el pin de reinicio sea menos susceptible al ruido de alta frecuencia y a los pulsos ESD.

Este circuito RC ayuda a eliminar el rebote del pin de reinicio y proporciona protección adicional contra descargas electrostáticas y fluctuaciones de voltaje transitorias.

5) Cómo añadir un anillo ESD

Se recomienda agregar dispositivos de protección ESD TVS en los puntos de contacto electrostático para aprovechar sus propiedades antiestáticas, formando una ruta de descarga ESD y mejorando la protección. Además, incluya un anillo de descarga electrostática (anillo ESD) en el panel. Este anillo proporciona una ruta a tierra para la descarga electrostática, protegiendo así las líneas VCOM y Gate de posibles daños.

 

6) Agregue un TVS en cada punto VCOM

Se recomienda agregar un diodo TVS (supresión de voltaje transitorio) en cada punto VCOM para una mayor protección contra descargas electroestáticas. En concreto, utilice el ULC0511CDN en un encapsulado DFN1006 de LeiMao Electronics. Este componente se ha aplicado con éxito y ha mostrado resultados satisfactorios entre muchos clientes de pantallas.

7) Rastros expuestos en el panel

Aplique pegamento o cinta aislante sobre las pistas expuestas en el panel. Esto ayuda a evitar cortocircuitos accidentales y protege las pistas contra daños por descarga electroestática.

8) Pines sin usar

Los pines que no se utilizan no deben dejarse flotando, sino que deben conectarse a MVDDL (lógica digital diferencial de voltaje mínimo). Esto evita que los pines flotantes capten ruido o provoquen un comportamiento no deseado en el circuito.

9) Reinicio del software

Implemente una función de reinicio de software. Esto permite que el sistema se recupere de condiciones inesperadas o fallas de funcionamiento debido a eventos de ESD u otros problemas al restablecer el software a un estado correcto conocido.

10) Ejemplo: Pantalla LCD de automóvil

Descripción del problema:Durante la prueba de descarga electrostática (ESD), la pantalla pasó una descarga de contacto de ±6 kV, pero falló una descarga de aire de ±8 kV.

Analisis:La pantalla LCD está conectada al controlador principal a través de cables y el tipo de interfaz utilizado es LVDS (señalización diferencial de bajo voltaje). Actualmente, las pantallas grandes utilizan principalmente interfaces diferenciales LVDS y VBO (salida de bus de video), que son eficaces para suprimir la interferencia de modo común. El parpadeo de la pantalla observado durante la prueba puede deberse a una interferencia que afecta a los cables LVDS. Se aplicó una descarga de contacto de 500 V-1000 V a cada línea de señal de los cables LVDS y se descubrió que el parpadeo de la pantalla se producía a 500 V-1000 V en ambos pares de líneas de reloj diferencial. Esto confirmó que las señales de reloj diferencial son particularmente susceptibles a la interferencia ESD.

Solución:Añadir perlas de ferrita (anillos magnéticos) a las líneas LVDS. Después de añadir los anillos magnéticos, se volvieron a realizar las pruebas ESD y las pruebas se aprobaron con éxito. La perla de ferrita elegida tiene la siguiente curva característica de impedancia de frecuencia:
[Incluya aquí la curva característica de impedancia de frecuencia del núcleo de ferrita si está disponible en formato visual].
Al implementar estas perlas de ferrita, se redujo significativamente la susceptibilidad a la interferencia ESD, estabilizando las señales de reloj diferencial y evitando el parpadeo de la pantalla.

11) Métodos antiestáticos para diferentes envolventes

Las pantallas LCD TFT se ven fácilmente afectadas por interferencias electromagnéticas (EMI) y descargas electrostáticas (ESD), especialmente cuando tienen pantallas táctiles incorporadas. En cuanto a las ESD, las pantallas LCD TFT están montadas al ras del exterior del dispositivo. Las descargas pueden alcanzar los bordes del marco de la pantalla LCD y no se disipan por completo en la carcasa del producto.

Si lo analizamos con más detalle, el marco de una pantalla LCD suele estar conectado a la toma de tierra (GND) de la placa de circuito impreso del producto. Por lo tanto, cualquier corriente descargada puede fluir hacia la placa del dispositivo. La solución depende de si la carcasa del producto final es conductora o no conductora.

• Caja conductora (metálica): Asegúrese de que haya una buena conexión eléctrica en todas las superficies entre el marco de la pantalla LCD y los bordes del marco. Utilice un revestimiento conductor transparente, como ITO (óxido de indio y estaño), con una resistividad superficial que se extienda hasta los bordes del marco.
• Recinto no conductor: Utilice la pantalla LCD TFT como punto de entrada para descargas electroestáticas. Utilice cables planos blindados para conectar el marco de la pantalla LCD a la conexión a tierra de la placa de circuito impreso; aumente el espacio de aislamiento (flotante) entre la carcasa del producto y el módulo de la pantalla LCD.

12) Ejemplo: Problema de pantalla blanca/pantalla azul

Una “pantalla blanca” o “pantalla azul” se refiere a la pantalla del módulo que muestra solo la luz de fondo, como lo hace cuando se enciende inicialmente, sin ninguna respuesta incluso al ajustar el contraste.
Este problema se produce porque se aplica una interferencia a las líneas de alimentación del módulo (VDD o VSS) o a la línea de señal RESET durante el funcionamiento, lo que hace que el módulo se reinicie. El reinicio da como resultado la inicialización de los registros internos del módulo y apaga la pantalla.

Solución:

• Si la interferencia está en las líneas de alimentación, se recomienda agregar un condensador de desacoplamiento (10 µF) y un condensador de filtrado (0.1 µF/0.01 µF) entre las líneas de alimentación VDD y VSS lo más cerca posible del módulo.
• Si la interferencia está en la línea de señal RESET, es aconsejable agregar un condensador de filtrado (con una capacitancia de 0.1 µF o 0.01 µF) entre la línea de señal RESET y VSS lo más cerca posible del módulo.
  La elección de los valores del condensador debe determinarse en función de los resultados de la prueba real.

13) La pantalla muestra caracteres incorrectos o píxeles aleatorios (errores de datos) que solo se pueden resolver apagando y encendiendo el dispositivo.

Este problema se produce porque se aplica una interferencia a las señales de control, lo que provoca que se modifiquen los parámetros del registro. Normalmente, cuando se muestran datos, no se escriben repetidamente los parámetros del registro de trabajo principal, lo que provoca el problema descrito.

Solución:
Si hay interferencias en las líneas de transmisión:

• Utilice perlas de ferrita o proteja las líneas con materiales como papel de aluminio o láminas delgadas de cobre.
• Cambiar el trazado de las líneas de transmisión para evitar zonas con interferencias.
• Acorte la longitud de las líneas de transmisión o agregue controladores de línea para aumentar la potencia de transmisión y mejorar la inmunidad al ruido.

14) ¿Qué hacer si no se pueden encontrar puntos de interferencia o las precauciones del circuito son insuficientes para eliminar la interferencia?

Si no se puede identificar la interferencia o las precauciones del circuito no logran evitar su impacto, considere las siguientes soluciones:
Inicialización periódica de registros: En lugar de utilizar la señal RESET, realice operaciones directamente en los registros para la inicialización. Si se produce un fallo y no se puede recuperar, utilice la señal RESET para la inicialización. Sin embargo, esto puede provocar que la pantalla parpadee durante la visualización normal. Para garantizar que la visualización normal no se vea afectada por la inicialización:
a. Utilice el registro de lectura de datos para la inicialización:Utilice datos leídos de registros, como la lectura de palabras de estado de pantalla o datos específicos de la unidad SRAM, como base para determinar si es necesaria la inicialización.
b. Utilice un módulo de visualización negativa con control de luz de fondo: En el caso de los módulos con pantalla negativa, apague la luz de fondo cuando no esté en uso, lo que dificultará la visualización del contenido de la pantalla. Cuando sea necesario observar el contenido de la pantalla, encienda la luz de fondo y utilice este momento como punto para reiniciar el módulo, lo que es menos perceptible.

15) Las pruebas de interferencia electrostática en la carcasa del producto (especialmente el panel del producto) provocan errores de visualización o pantalla blanca en el módulo

Este tipo de interferencia suele deberse a que el marco de metal o el vidrio del módulo interfieren con los circuitos del módulo. Para mejorar esta situación, considere los siguientes métodos:

1. Conecte el marco metálico del módulo a tierra.
2. Conecte el marco metálico del módulo a VSS (tierra del circuito).
3. Deje el marco metálico del módulo flotando (sin conectar a nada).
4. Agregue una almohadilla aislante entre el marco metálico del módulo y la carcasa metálica; cuanto más gruesa sea la almohadilla aislante, mayor será la reducción de la electricidad estática.

Estos cuatro métodos deben probarse en el producto real para determinar cuál es más efectivo.

16) Se producen errores de visualización o pantalla blanca incluso sin una fuente de interferencia externa
Esta situación también se considera interferencia, pero se debe a una interferencia interna del sistema, causada principalmente por conflictos de software. El primer paso es identificar el patrón de cuándo se produce la interferencia. Es más probable que estos problemas ocurran durante el proceso de escritura del módulo, lo que hace que el módulo se congele o muestre errores.
Las causas comunes incluyen:

• Rutinas de interrupción que interfieren durante las operaciones del módulo (modo de direccionamiento de E/S), lo que genera operaciones incorrectas, como señales de control o datos modificados, que pueden provocar que el módulo se congele o se muestre incorrectamente.
  Solución:Deshabilite las respuestas de interrupción mientras opera el módulo para evitar interferencias durante procesos críticos.

17) Ejemplo: Al utilizar una pantalla TFT y un chasis de producto hecho de metal, se realizó una prueba de descarga electrostática (ESD) de 8000 V, lo que provocó que la pantalla mostrara una imagen distorsionada. Restablecer y reinicializar el módulo no tuvo ningún efecto, y el dispositivo tuvo que apagarse y reiniciarse para volver al funcionamiento normal. Las regulaciones de la industria no permiten la conexión a tierra del chasis.
Como solución, se reemplazó el chasis de metal por una carcasa de acrílico (vidrio orgánico) y se agregó un programa de actualización (inicialización) de bucle temporizado a la rutina principal del software. Durante la prueba de ESD, cuando el módulo LCD se reinicia debido a una descarga estática, el programa de actualización (inicialización) corrige el problema, lo que provoca solo un breve parpadeo antes de volver al funcionamiento normal, por lo que pasa la prueba.

18) Ejemplo: utilizando una pantalla TFT, se realizó una prueba de descarga electrostática (ESD) de 8 kV en el chasis del producto, lo que dio como resultado que el módulo no mostrara ninguna señal en la pantalla.
Para mejorar esto, se agregó un capacitor de 330 μF y un diodo de protección contra sobretensiones (P6K1) al pin de alimentación del módulo, y se agregó un capacitor de 330 μF a la salida (VOUT) de la fuente de alimentación del controlador. Estas medidas mejoraron significativamente la situación. Además, el marco metálico del módulo se aisló del chasis, manteniendo un espacio de 2 mm, lo que ayudó a pasar la prueba ESD.
Sin embargo, a pesar de estas mejoras, todavía se producían casos ocasionales de falta de visualización. Para resolverlo por completo, se agregó una rutina de inicialización periódica al programa para restablecer el módulo y recuperarse de la interferencia. Esto resolvió por completo el problema de interferencia de la pantalla.

19) Ejemplo: Al utilizar una pantalla TFT, durante una prueba en la que se aplicó una señal de interferencia de grupo de pulsos positivos de 4 kV y 150 Hz a la línea de alimentación principal del sistema, la pantalla mostró caracteres ilegibles.
Para solucionar este problema, se agregó un absorbedor de sobretensiones a la línea de alimentación en la interfaz del módulo LCD y se redujo la longitud de las líneas de transmisión redundantes. Estas medidas permitieron que el sistema pasara la prueba.

20) Al utilizar una pantalla TFT en un armario de distribución, el módulo no mostró ninguna pantalla bajo interferencia electromagnética de alto voltaje.
Para resolver este problema, se reemplazó la fuente de alimentación del sistema por una fuente de alimentación aislada. Se conectó un condensador de 0.01 μF al pin /RESET del módulo, se desconectó el puente que conectaba el marco metálico del módulo a VSS y se agregó una almohadilla aislante para aislar el marco metálico del módulo del gabinete de distribución.

21) El cable de conexión entre la pantalla TFT y la placa base del sistema tiene una longitud de más de 700 mm. Al escribir repetidamente datos gráficos, el lado derecho del gráfico duplica progresivamente el byte más a la derecha de los datos gráficos.

Las mediciones de la forma de onda de la señal de entrada en la interfaz del módulo fueron buenas, con un ancho de onda de 0 μs para /WR = 2. La adición de condensadores y resistencias pull-up a las señales de la interfaz no mostró una mejora significativa. El acortamiento del cable y la adición de núcleos de ferrita proporcionaron una mejora notable, pero no resolvieron por completo el problema.
La inserción de un circuito disparador Schmitt (74HC14) en la línea de señal /WR resolvió por completo el problema. Además, la inserción de una resistencia de 680 Ω en la línea de señal /WR también logró una solución completa.

22) Ejemplo: Pantalla azul en la pantalla LCD

Durante las pruebas de ESD (descarga electrostática), una pantalla industrial experimentó pantallas azules cada vez que se probaba el sistema a ±6 kV en el puerto de red, USB y puerto serial, lo que provocó que el sistema se bloqueara. Se recuperaba automáticamente después de apagar y encender, pero no pasó la prueba. La placa había sido sometida previamente a múltiples revisiones de diseño centradas en la conexión a tierra, el filtrado y el aislamiento, pero estas no resolvieron el problema. Por lo tanto, esta vez, se adoptó una estrategia para diagnosticar y rectificar la causa raíz para identificar y abordar las debilidades del sistema.
Análisis y Solución:
En base al fenómeno observado, se sospechó que la unidad funcional de la CPU estaba siendo afectada por interferencias. Se analizaron los pines de la subplaca principal (circuito del módulo de la CPU) y se identificaron señales como particularmente sensibles y propensas a interferencias ESD en base a la experiencia práctica y la funcionalidad de la señal.
Para identificar las señales sensibles a ESD, se utilizó una pistola ESD para aplicar descargas de contacto a voltajes de 100 V, 300 V, 600 V y 1000 V a varios pines de señal en la placa base. Durante estas pruebas, el problema no volvió a ocurrir, lo que descartó que esas señales fueran la fuente del problema.
Un análisis más detallado de los circuitos sensibles de la placa base reveló que cuando se aplicaba una descarga de contacto de 100 V a la señal sensible DDR_CLK, el problema se repetía constantemente. Cada vez que se aplicaba la descarga, el problema se repetía. La traza DDR_CLK tenía 4 milésimas de ancho y el diseño no incluía almohadillas de prueba, lo que limitaba las opciones de mitigación disponibles.
Para determinar si el campo electromagnético estático estaba afectando la señal del reloj DDR_CLK, se colocó un cable de metal conectado a tierra directamente sobre la traza DDR_CLK y se utilizó la pistola ESD para descargar en el terminal de cobre del cable de tierra a 6 kV. El problema se reprodujo en cinco descargas, lo que confirmó que la radiación electromagnética de la ESD estaba afectando la señal DDR_CLK y los componentes DDR.
Resolución:
Después de confirmar que la radiación electromagnética estaba afectando al módulo DDR en la placa base y provocando que el problema de ESD volviera a aparecer, se utilizó una lámina de cobre para proteger y conectar a tierra el área de la placa base, protegiendo así las señales y el módulo DDR sensibles. Después de proteger el módulo de la placa base, se aplicaron descargas de contacto a las interfaces de E/S a ±6 kV, 8 kV y 10 kV, y cada prueba implicó 40 descargas consecutivas. El sistema continuó funcionando normalmente, lo que indica que el problema se había resuelto.
Análisis de causa:
Una verificación posterior determinó que la ESD que afectaba a todo el sistema se debía a un acoplamiento radiativo o capacitivo. El análisis mostró que la ruta de descarga electrostática era la siguiente: interfaz de E/S → placa única PGND → placa de soporte metálica → chasis metálico → cubierta del chasis → cable de tierra.
Esta ruta explica cómo la ESD pudo impactar los componentes sensibles, confirmando la necesidad de blindaje y conexión a tierra adicionales para protegerse contra interferencias.

Cuando la cubierta del chasis no está atornillada al chasis de metal o cuando la cubierta no está en su lugar, se observó que no había problemas con la descarga electrostática (ESD). Esto descartó el problema del acoplamiento radiativo. En este caso, la ruta de descarga ESD es la siguiente: interfaz de E/S → placa única PGND → placa de soporte de metal → chasis de metal. Esto sugiere que hay un acoplamiento capacitivo electrostático entre el área sensible de DDR en la placa base y la cubierta del chasis (ya que están muy cerca una de la otra), como se muestra en el diagrama a continuación.

En resumen, en el siguiente diagrama se muestra un modelo simplificado del acoplamiento electrostático en la subplaca central de todo el sistema:

Al diagnosticar el problema, después de agregar una cubierta de protección a la subplaca central, el modelo de acoplamiento electrostático en este punto se muestra en el diagrama a continuación.
En el diagrama se puede ver que después de agregar una cubierta protectora a la placa base, la energía electrostática de la cubierta posterior del chasis se acopla directamente a la protección metálica. Esta energía se descarga a tierra a través de los pines de conexión a tierra de la cubierta protectora, lo que evita que la ESD se acople directamente al módulo sensible a la DDR y resuelve el problema.
Según el análisis anterior, el problema de ESD fue causado por el acoplamiento capacitivo de la interferencia electrostática de la cubierta posterior del chasis al circuito del módulo DDR.
Dado que la placa base es un producto de plataforma de la empresa cliente y los circuitos DDR del módulo son muy sensibles, se recomienda utilizar una cubierta protectora para proteger el módulo de la placa base sensible tanto para las pruebas como para la producción en masa. Esta solución es simple, eficaz y confiable.

 

23) Protección EMI para pantallas LCD

El enfoque principal es proteger los componentes que se ven fácilmente afectados por la EMI.
a. Para componentes sensibles como el controlador táctil y el IC del controlador LCD, utilice tela de protección EMI para brindar protección de un solo lado o de ambos lados.
b. Dado que algunas pantallas LCD emiten señales de alta frecuencia, se puede aplicar protección utilizando un marco de metal en la parte inferior y una capa de ITO (óxido de indio y estaño) en la parte superior.