CISPR 22 Class-B準拠のディスプレイ・バイアスICのリファ …

Copyright © 2017, Texas Instruments Incorporated

LED Backlight Driver

Source Driver (Left)

TFT LCD Panel

Gat

e D

river

Timing Controller (TCON)

FPC

FPC

BoostVS

VCOM Buffer

Gamma Buffer

LVDS/RGB

VI

1.8 V to 6 V

TCON BoardLCD Bias TPS65150

VGH, VGL

Charge Pump VGH, VGL

VCOM

VS

Signal Chain

Power Chain

Optional

1JAJU466–January 2018

TIDUDP8 翻訳版 — 最新の英語版資料 http://www-s.ti.com/sc/techlit/TIDUDP8Copyright © 2018, Texas Instruments Incorporated

CISPR 22 Class-B準拠のディスプレイ・バイアスICのリファレンス・デザイン

参参考考資資料料

TI Designs: TIDA-01613CISPR 22 Class-B準準拠拠ののデディィススププレレイイ・・ババイイアアススICののリリフファァレレンンスス・・デデザザイインン

概概要要

このリファレンス・デザインは、設計者が産業用ディスプレ

イ・アプリケーションのEMI規制に準拠するため役立つこと

を目標としています。重要なレイアウト規則に従うことで、

CISPR 22 Class B (EN 55022とも呼ばれます)の放射エ

ミッション要件への準拠を実現できます。

このデザインの主な目的は、放射エミッションの分類、最適

化、測定です。このリファレンス・デザインでは、TPS65150LCDバイアス・デバイスを使用して、4層基板に3.3V電源を

搭載しています。このデバイスは、TFT (Thin-FilmTransistor) LCDを駆動するための3つの電圧すべてを、単

一セルのバッテリに相当する電圧(1.8V～6V)から供給しま

す。

リリソソーースス

TIDA-01613 デザイン・フォルダ

TPS65150 プロダクト・フォルダ

E2E™エキスパートに質問

特特長長

• CISPR 22放射エミッションに対してテスト済み

• 入力電圧範囲: 1.8V～6V

• ソース・ドライバの出力電圧範囲: 最高15V

• ゲート・ドライバの正の出力電圧: 最高30V

• ゲート・ドライバの負の出力電圧: 最低-15V

• 省スペースに最適化された基板レイアウト

アアププリリケケーーシショョンン

• 産業用モニタ

• パネルPLC

• HMI

• 実験用計測機器

• 医療用モニタ(MRT、CRT、ベッドサイドの患者モニタ)

http://www-s.ti.com/sc/techlit/TIDUDP8.pdf

http://www.ti.com/tool/TIDA-01613

http://www.ti.com/product/TPS65150

http://e2e.ti.com

http://e2e.ti.com/support/applications/ti_designs/

http://www.ti.com/solution/single_board_computer_for_hmi

http://www.ti.com/solution/hmi_panel_plc

http://www.ti.com/solution/industrial_robot_hmi_human_machine_interface

http://www.ti.com/solution/laboratory-instrumentation

http://www.ti.com/applications/industrial/medical/overview.html

System Description www.tij.co.jp

2 JAJU466–January 2018



使用許可、知的財産、その他免責事項は、最終ページにあるIMPORTANT NOTICE(重要な注意事項）をご参照くださいますようお願いいたします。英語版のTI製品についての情報を翻訳したこの資料は、製品の概要を確認する目的で便宜的に提供しているものです。該当する正式な英語版の最新情報は、www.ti.comで閲覧でき、その内容が常に優先されます。TIでは翻訳の正確性および妥当性につきましては一切保証いたしません。実際の設計などの前には、必ず最新版の英語版をご参照くださいますようお願いいたします。

1 System Description

This reference design comes with a 66-mm × 55-mm board that integrates the TPS65150 device and itsexternal circuitry. Jumpers across the board connect the power supply of typically 3.3 V and as well theloads of the three required output voltages V(VS), V(VGH), and V(VGL). V(VS) is the supply voltage for the sourcedriver. V(VGH) and V(VGL) are the control voltages of the TFTs integrated in the gate driver. The design isdone with following considerations:

• The input voltage is provided by a linear power supply, simulating the normal operation of a singlelithium-ion battery.

• The output voltages and load conditions are defined such that it represents typical LCD applicationrequirements.

• The design must be compliant with the CISPR 22 industrial standard for radiated emissions.

• The layout must be optimized to minimize the noise floor as well as to keep the footprint as small aspossible.

1.1 Key System Specifications

表表 1. Key System Specifications

PARAMETER COMMENTS MIN TYP MAXVI Input voltage; typically one-cell lithium-ion battery voltage range 1.8 V 3.3 V 6 VBOOST CONVERTER: SOURCE DRIVER SUPPLY VOLTAGEV(S) Boost converter output voltage range 10 V 15 VIDS Switching current limit 2 A 2.5 A 3.4 Af(SW) Switching frequency 1.02 MHz 1.2 MHz 1.38 MHzNEGATIVE CHARGE PUMP: GATE DRIVER TURNOFF VOLTAGEV(VGL) output voltage range of the negative charge pump –5 V –2 Vd(DRVN) Duty cycle for the DRVN pin 50%POSITIVE CHARGE PUMP: GATE DRIVER TURNON VOLTAGEV(VGH) Output voltage range of the positive charge pump 23 V 30 Vd(DRVP) Duty cycle for the DRVP pin 50%BACKPLANE VOLTAGE: V(VCOM)

VISR Single-ended input voltage (IN) 2.25 V V(VS) – 2 VIOM Maximum output current (V(S) = 10 V) 0.65 A

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LED Backlight Driver

Source Driver (Left)

TFT LCD Panel

Gat

e D

river

Timing Controller (TCON)

FPC

FPC

BoostVS

VCOM Buffer

Gamma Buffer

LVDS/RGB

VI

1.8 V to 6 V

TCON BoardLCD Bias TPS65150

VGH, VGL

Charge Pump VGH, VGL

VCOM

VS

Signal Chain

Power Chain

Optional

www.tij.co.jp System Overview




2 System Overview

2.1 Block Diagram

図図 1. Block Diagram of LCD Subsystem

図 1 shows an overview of an LCD subsystem. The main driving PCB for the display, often called a timingcontroller (TCON) board, includes the LCD bias device that provides the power rails for the source and thegate driver. The TCON processes the picture information and controls the source and the gate drivers.Dependent on the performance requirements, it is sometimes required to provide a gamma correctionprovided by the gamma buffer. This reference design focuses on the LCD bias part and operates with thetypical load condition described in 3.2.2.

2.2 Highlighted Products

2.2.1 TPS65150

This reference design uses the TPS65150 device to provide up to a 500-mA output current on the boostconverter. For the CISPR 22 measurements, the load is 250 mA (DC).

The device switches typically at 1.2 MHz during forced pulse-width modulation (PWM) for all loadconditions. For industrial designs, the switching frequency is not as important as for automotive designs;however, higher switching frequencies allows to reduce the component size of the external components.

The device uses a virtual-synchronous topology that allows the boost converter to operate in continuosconduction mode (CCM) even at light load conditions. Designs with devices that do not include this featureenter discontinuous conduction mode (DCM) or PFM, which broadens the frequency spectrum as thecurrent edges get steeper, resulting in more harmonics.

The device features a soft-start function that limits the input current peaks during start-up. This featurealso positively affects the radiated EMI peaks in applications requiring regular power on and off cycles.The CISPR 22 measurements of this reference design do not cover the start-up behavior.



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The device features a gate voltage shaping functionality, which reduces the gate driver's turnon voltage(V(VGH)) between the lines. As the turnoff slope of the gate driver voltage (V(VGH)) gets smoother, it alsonarrows the frequency spectrum, thereby reducing EMI.

The device integrates a thermal PowerPAD™ that needs to be connected to the ground layer of the PCB.Reduce the effect of all noise sources by providing a low-impedance path to ground for EMI currents.



&Boost converter soft start completed

V(FB) power good

Disable

+

±

V(SUP)

Q11

Q12

Soft Start

5 µA1.213 V delay 1

V(SUP)

Current Control

&Soft Start

DLY1

DLY2

DRVN

FBN

I(DRVN)

V(SUP)

Current Control

&Soft Start

DRVP

FBP

I(DRVP)

1.214 V

Q4

Q3

+

± SawtoothGenerator

COMP

FB

Control Logic

&Gate

Drivers

V(VIN)

Q1

PGND

Current Limit

&SoftStart

SW

1.2 MHz

ControlLogic

200 µA

VGH

CPI

ADJ

Q5

Q6

Q7

GD

VCOM

REF

1.213 V delay 25 µA

+

±

+

±

1.146 V

IN

1.2 MHz

1.2 MHz

SUP

CTRL

UVLOV(FBP) power good &

References,Control Logic,

Oscillator,Sequencing,

Fault Detection &Thermal Shutdown

VIN

FDLY

fault0.69VI

GND

1.2 MHz

450 k �

1.213 V

1.146 V

Q2

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図図 2. Block Diagram of TPS65150



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2.3 Industrial EMC and EMI Standards

Several committees define standards important for industrial equipments. The main committees widelyused are the CISPR 22 and FCC Part 15. CISPR is part of the international organization IEC and widelyused for electromagnetic compatibility of Information Technology Equipments (ITE). In the EuropeanRegion, this standards is defined as EN 55022. In the American Region, a similar standard is used theFCC Part 15.

CISPR 22 differentiates between Class A and Class B equipment and gives figures for conducted andradiated disturbances for each class.

This reference design only covers the radiated compliance, so the according limits are used. Thefrequency band examined spans from 30 MHz to 1 GHz.

表表 2. CISPR 22 Class B 3-Meter Radiated EMI Limits

FREQUENCY OF EMISSIONS (MHz) FIELD STRENGTH LIMIT (dBmV/M)30 to 216 40216 to 960 46.0Above 960 54.0

Regarding the limits for radiated emissions, both standard CISPR 22 and FCC Part 15 are very close toeach other and for these considerations can be seen as the same.



FB 1

DLY12

DLY23

VIN4 SW 5

SW 6

PGND 7

PGND 8

SUP 9

VCOM10

IN11

FBP 12

CTRL13

ADJ14

VGH 15

CPI16

DRVP 17

DRVN 18

GND 19

REF 20FBN 21

COMP22

GD 23FDLY24

EP 25

U1

TPS65150PWP

123

J10

54

123

6

J1

4

123

J3

4

123

J4

4

123

J5

3.9uH

L1

GND GND GNDFB

VIN

SW

0

R15

GND

0

R10

0R12

100kR11

1.00MR13

430kR1

56.0kR2

56.0kR6

620kR3

150kR4

1.00MR5

33.0kR7

510k

R8

510k

R9

0

R14

1000pF

C15

22µFC2

22µFC21

0.22µFC23

0.33µFC3

0.33µF

C8

0.33µF

C11

0.33µF

C120.33µF

C13

0.33µFC17

0.33µF

C180.33µF

C20

0.33µF

C24

33pFC5

470pFC6

0.01µFC7

0.01µFC28 0.22µF

C9

D2

D3

D4

D5

3

1

2

Q1

GNDGND

GND

GND

GND

GND

GND

VS

2X

CPI

4X

GND

GND

54

123

6

J2

GND

CPI

GND GND

GND

VCOM

VGL

2X3X4X

GND

GND

1µFC25

1µFC14

1µFC19

SUP

DRVPFBP

DRVNFBNREF

VGH

VGH

VSVSSUP

1 23 45 6

J11

D1

CP

I

FB

SW

SW

Vin 5V

GND

S+

VINCTRLGND

VCOM

GND

VS

S+

GND

VGL

GND

VGH

GND

22µFC1

22µFC4

5.6

R26

220pF

C26

0.1µFC27

GND

47µFC0

GND

GND

GND

GND

GND

GND

GND

68pFC10

GND GND GND

GD GD

VSSUP

0.1µFC16

VIN


2.

1.

3.

www.tij.co.jp Hardware, Testing Requirements, and Test Results




3 Hardware, Testing Requirements, and Test Results

3.1 Required Hardware

This section provides considerations on the design of the PCB to make it compliant with CISPR 22 ClassB limits.

3.1.1 Layout Considerations

The main energy transmission is routed on the power signal path of the boost converter. Therefore, it isthe most important topic to minimize the emission generated by the switching of the boost converter.1. Place the rectifier diode very close to the device (use thick and short traces).2. Place the input and output (+ small bypass) capacitors close to the device.3. Keep GND routes from the input to output capacitors short; GND pads from the input to output

capacitors must be connected on the same layer, not through vias.4. Use a four-layer board stack to fill the second and fourth layer purely with GND.5. Place charge pump components close to the device (use short and thick traces).

図図 3. Schematic of Correct Routing



Hardware, Testing Requirements, and Test Results www.tij.co.jp




図図 4. Layout of Correct Routing



DUT

PS (linear)

0.2 m

Shielded cable

DUT placed in the middle of the table

Non-conductive table

0.1 m

Mains power provided without mains filter

3 m

Antenna





3.2 Testing and Results

3.2.1 Test Setup

The method to measure the radiated disturbance is stated in the official CISPR 22 document (CISPR22:2005). The tabletop equipment addressed in this reference design can be graphically summarized in 図

5.

• DUT: Device under test

• PS: Linear power supply provided

• Antenna used for whole frequency range: Log periodic

• Cable to DUT: Four-wire twisted shielded cable

• Connector to DUT: Direct closed-jumper

• Load on DUT: Resistive load PCB

図図 5. Test Arrangement for Tabletop Equipment According to CISPR 22



Hardware, Testing Requirements, and Test Results www.tij.co.jp




図 6 and 図 7 show the setup for radiated emissions. 図 6 facilitates the setup of the DUT and the powersupply. 図 7 shows the absorbing chamber with the antenna.

図図 6. Test Setup: View With Antenna

図図 7. Test Setup: View of DUT With Power Supply

The theoretical method of measurement slightly differs with the actual setup as the power supply in thetesting has been provided without an artificial mains filter (AMN).







3.2.2 Test Conditions of DUT

To provide a test setup relevant to the system, the output load conditions are chosen such that itrepresents a normal operating mode of a middle-sized industrial display.

• VI = 3.3 V

• V(VS) = 12 V at IO(VS) = 250 mA

• V(VGH) = 27 V at IO(VGH) = 25 mA

• V(VGL) = –8 V at IO(VGL) = 25 mA

• GVS disabled

• V(VCOM) not loaded

3.2.3 Test Results

図 8 shows the result of the test.

図図 8. CISPR 22 Class B of TPS65150 Measurement Result



Design Files www.tij.co.jp




4 Design Files

4.1 Schematics

To download the schematics, see the design files at TIDA-01613.

4.2 Bill of Materials

To download the bill of materials (BOM), see the design files at TIDA-01613.

4.3 PCB Layout Recommendations

For PCB layout recommendations, see 3.1.1.

4.3.1 Layout Prints

To download the layer plots, see the design files at TIDA-01613.

4.4 Altium Project

To download the Altium project files, see the design files at TIDA-01613.

4.5 Gerber Files

To download the Gerber files, see the design files at TIDA-01613.

4.6 Assembly Drawings

To download the assembly drawings, see the design files at TIDA-01613.

5 Software Files

To download the software files, see the design files at TIDA-01613.

6 Related Documentation

1. CUI Inc., Electromagnetic Compatibility Considerations for Switching Power Supplies2. Texas Instruments, Test Report For PMP150133. Texas Instruments, Layout Tips for Radiated EMI Reduction in Your Designs

6.1 商商標標

E2E, PowerPAD are trademarks of Texas Instruments.すべての商標および登録商標はそれぞれの所有者に帰属します。










http://www.cui.com/catalog/resource/emi-considerations-for-switching-power-supplies.pdf

http://www.ti.com/lit/pdf/TIDUBW0

https://training.ti.com/layout-tips-radiated-emi-reduction-your-designs

TIのの設設計計情情報報おおよよびびリリソソーーススにに関関すするる重重要要なな注注意意事事項項

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http://www.ti.com/sc/docs/stdterms.htm

http://www.ti.com/lit/pdf/SSZZ027

http://www.ti.com/sc/docs/sampterms.htm

http://www.ti.com/sc/docs/sampterms.htm

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