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LCDディスプレイの電磁干渉問題とその対策
2024/07/04
ディスプレイを使用する際、地球の磁場の影響を受けるだけでなく、他の機器や通信設備からの影響を受けることもあります。これを電磁干渉と呼びます。これらの機器が作動すると、電磁源となり、周囲に磁場を形成し、電磁波を放射します。磁場の大きさと放射の強度は、これらの機器の出力によって決まります。

LCDディスプレイはシステム全体で言えば、純粋な入力デバイス、つまり受動的なコンポーネントです。LCDディスプレイ自体にはエラー訂正機能がなく、操作タイミングに合った任意の信号を受け取ることができますが、正誤を判断する能力はありません。誤った信号やデータは誤った制御指令や表示パターンを生じさせ、表示エラーを引き起こします。干渉を排除するためには、まず干渉源と干渉が発生する場所を特定し、効果的な方法で除去、弱化、遮蔽、または対処する必要があります。

1. LCDディスプレイが表示されない、コントラスト調整しても反応しない:
   この現象は、LCDディスプレイの電源線や信号線が電磁干渉を受け、干渉パルスが発生し、液晶表示モジュールがリセットされたためです。リセットの結果、内部レジスタが初期化され、表示が消えます。対策として、干渉が電源線に加えられている場合は、液晶表示モジュールの位置に最も近い電源線VDD、VSS間に安定化コンデンサ(10μF)とフィルターコンデンサ(0.1μFまたは0.01pF)を並列に挿入することを推奨します。信号線に干渉が加えられている場合は、LCDディスプレイに最も近い位置の信号線とVSS間にフィルターコンデンサ(0.1μFまたは0.01μF)を挿入します。選択されるコンデンサの値は実際のテスト結果に基づいて決定する必要があります。

2. 画面に誤った文字や乱点が出現する(データエラー)、画面が移動したり上下が逆転する:
   この現象は、主に/WR信号、/RD信号、E信号、/CS信号などの制御信号に干渉が加わることで発生します。干渉信号はこれらの信号線で誤った波形を生じやすく、レジスタのパラメータが誤って変更されたり、表示ユニットに誤ったデータが書き込まれたりすることがあります。システムが運行中、多くのプログラムは表示エリアの一部にデータを書き込む操作のみを行い、初期化時にのみ設定されるレジスタを再設定することはありません。したがって、上記のような現象が発生します。干渉信号がMPUとLCDディスプレイ間の伝送線に空間から加わると仮定した場合の対策は以下の通りです:
   ① 伝送線にフェライトコアを使用するか、アルミホイル、銅シートで伝送線を遮蔽する。
   ② 伝送線の経路を変更して干渉環境を避ける。
   ③ 伝送線の長さを短縮する。
   ④ 並列インターフェースモードの場合は、重要な信号線に/WR(RD)信号、次にE信号、次に/CS信号、そしてRS信号の順で100?300pFの小さなキャパシタンスをVSSに追加する。シリアルインターフェースモードでは、SCLK、次にSDA、次にRSRESETの順で100?300pFのキャパシタンスをVSSに追加する。

   改善効果を観察するためにテストを行います。干渉信号がシステムのマザーボードから来る場合、LCDディスプレイの接続端で信号の歪みが確認できる場合があります。これは、MPUと液晶表示モジュール間の伝送線の抵抗が比較的大きく、MPUシステムのインターフェースのドライブ能力が弱いため、干渉信号が容易に侵入する可能性があります。この場合の対策としては、以下の方法が考えられます:
   ① 伝送線に小さな抵抗を直列に挿入し、液晶表示モジュール端の入力キャパシタと併せてローパスフィルター回路を形成し、干扰の影響を排除する。
   ② システムマザーボードに伝送線ドライバを追加してドライブ能力を向上させる。
   ③ スミットトリガー回路を使用して信号を整形する。

3. 干渉源がないにもかかわらず、表示がされない、または乱れる現象が発生する:

   これはシステム内部の干渉に分類され、主にソフトウェアプログラムの衝突によるものです。この場合、最初に考えるべきは割り込みプログラムです。MPUがLCDディスプレイ(I/Oアドレス方式)に書き込みを行っている最中にシステムが動作して割り込みが発生すると、液晶表示モジュールの制御信号の状態や書き込むデータが変更され、液晶表示モジュールの設定が誤って停止または表示内容が誤ってしまうことがあります。改善方法としては、MPUが液晶表示ドライバサブプログラムを呼び出す際に、割り込み応答機能をオフにすることが推奨されます。

4. 干渉点が特定できない、または回路的な予防措置を取ることができないが、それでも干渉の影響を排除できない場合:

   この場合、ソフトウェアによる対策を検討する必要があります。最もシンプルな方法は、定期的にレジスタを初期化することです。まず、RESET信号を使用してリセットを行わずに、レジスタのみを再書き込みします。リセット動作は通常の表示に閃光を発生させ、表示効果が良くないためです。もしシステムが停止して復旧行けない場合は、RESET信号を使用して強制リセットし、その後レジスタを初期化します。正常な表示が初期化の影響を受けないようにするために、できるだけ短時間で干渉の影響を修復するために、液晶表示モジュールの「状態語」を初期化の判断基準として使用します。モジュールの運転が「表示オフ」状態と判断された場合、モジュールが干渉を受けて表示が消えたと考え、初期化関数を呼び出してモジュールを再起動し、表示をオンにします。初期化後もモジュールが「表示オフ」状態の場合は、RESET信号を使用して強制的にリセット初期化が必要です。もし「表示オン」状態と判断された場合は、表示SRAMの特定のセルに特別なデータを書き込み、その後順に読み取りを行い、正しくない場合はモジュールが干渉を受けていると判断し、初期化関数を呼び出してデータを再度更新します。

5. 静電気が液晶表示モジュールに表示されない、または乱れる現象を引き起こす:

   これは一般的な干渉現象であり、干渉パルスが直接LCDディスプレイの金属フレームを通じてモジュールの回路に影響を与えます。通常、液晶表示モジュールは金属フレームを浮かせずにVSSに接続しますが、この接続は外部の干渉がVSSラインに直接影響を与えやすくなります。金属フレームの接続方法は以下の3つがあります:
   ① モジュールの金属フレームとシステム全体の金属パネルの間に絶縁パッドを使用して隔離し、絶縁パッドが厚いほど静電気の減少が大きくなります。
   ② 液晶モジュールの金属フレームを金属外殻に接続し、金属外殻を大地に接続する場合、モジュール内のVSSとの接続を切断することがあります。
   ③ モジュールの金属フレームをVSSに接続し、金属外殻の大地とVSSを一緒に接続します。

   これらの接続方法はシステム全体の筐体構造と地の処理に関連しており、実際のテストを通じて適切な方法を選択する必要があります。
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