多媒體旋轉屏射頻線的設計與研究

黃錫江， 李坤霖， 覃梅樣， 封燦興

（柳州市雙飛汽車電器配件制造有限公司， 廣西 柳州 545000）

1 多媒體旋轉屏射頻線工作原理

當前，多媒體技術已由最初的收音機功能轉化為綜合性車載電子娛樂系統，通過計算機將圖像、聲音、文字、動畫和視頻等多種信息進行交互處理，以實現通信、視聽娛樂、導航、輔助駕駛等功能，使各功能之間建立邏輯關系，最終集合成一個系統。

射頻線作為顯示屏與各個模塊連接的橋梁，起到傳輸信號、協議的作用。設計上通常選用HSD連接器及高速線纜與屏蔽四絞線三者進行配用，是一種可屏蔽外部信號干擾，同時具有尺寸小、保持力大的低壓差分信號高性能數字系統。

在實車使用環境中，顯示屏旋轉是由多媒體主機發射信號通過射頻線傳輸到旋轉電機，電機帶動屏幕旋轉，一般旋轉運動為順時針0~90°，旋轉周期 （一個循環） 為6s左右，旋轉的方式有兩種：①用戶手動切換顯示屏旋轉；②由豎屏軟件切換至橫屏軟件時自動旋轉。

2 DFMEA風險分析

2.1 常見潛在失效模式及起因

1） 導通不良：傳輸信號或電性能不穩定、與公端護套配插時斷路。

2） 斷路：空焊／虛焊、漏pin／退pin、斷針。

3） 對插裝配困難：端子設計選型問題，公母護套匹配性問題。

4） 導線扭斷：線材選型不合理，尺寸設計不滿足要求，裝配問題。

5） 異響／噪聲：屏旋轉過程帶動射頻線運動產生的異響，包覆物選型問題。

6） 干涉：射頻線運動軌跡不明確，導致的干涉。

7） 護套損壞：射頻線旋轉受力導致護套損壞。

2.2 設計控制及失效預防

潛在失效控制及預防詳見表1。

2.3 重點特性失效分析及預防

電線電纜產品的外皮多為PVC塑料或橡膠，在低溫（0~-40℃） 環境下時，材質就會變脆，整個產品都會發硬、變脆，導致線束彎折狀態下測試時，由于彎曲線束的擺動幅度較大，導致無護套防護導致線束根部的電源線內導體無法滿足耐久彎折／旋轉要求，發生斷裂。通常情況下，該旋轉屏射頻線產品主要的使用環境是跟隨旋轉顯示屏一起進行運動，因此對線束的旋轉耐久性能要求高，扭轉應力集中處，在護套根部線束容易出現瞬斷甚至斷裂。設計控制關鍵項見表2。

表1 潛在失效控制及預防

表2 設計控制關鍵項

圖1 包覆層設計

1） 導線選型盡可能使用軟芯線，以此可以增強導線的柔韌性，且對于信號線滿足性能的前提下，導線線徑建議增大一個規格使用，不建議使用0.35mm2的導線。

2） 包覆層設計（圖1）：在導線旋轉運動時，受應力集中部位增加熱縮管設計，是為了增強導線的旋轉耐久性，經耐久試驗測試，有熱縮管的設計可增長30%的耐久旋轉／彎折次數。

3） 總裝生產裝配管控：在自然狀態下，旋轉屏射頻線插件尾部的電線包覆層表面增加白色漆標，總裝員工可根據防扭白線，進行正向裝配，以減少裝配后扭曲線材，降低耐久壽命。工藝管控方案如圖2所示。

圖2 工藝管控方案

3 多媒體旋轉屏射頻線設計

3.1 性能設計要求

1） 外觀和機械結構

外觀無破損，端子與護套適配性良好，壓接點絕緣層不應脫開。

2） 電性能要求電線束中，LVDS線束的特性阻抗、信號傳輸速度、信號衰減、回路串擾等電性能的要求。①電線束中線路導通率為100%，無短路、錯路、斷路現象；②電線束的阻抗在100±6Ω的公差范圍內，連接器區域，回路阻抗公差范圍±15Ω；③回路信號傳輸時間差不大于160ps，連接器之間的傳輸時間差：直式不大于10ps，彎式不大于25ps，電線束之間的傳輸時間差不大于25ps。④回路信號衰減必須保持在1GHz時±1dB，2GHz時±2dB；⑤電氣性能要求：電壓降≤3mV （0.3mm2），接觸電阻：初始應小于10mΩ，絕緣阻抗應至少為100MΩ。

3） 機械性能

連接器插入力≤70N，抗拉強度≥50N，插頭抗彎性彎曲幅度在30°內，連接器防錯配能力≥100N。

4） 環境性能

鹽霧試驗后基材腐蝕面積≤10%，耐工業溶劑性能符合GB 17930、GB 11121、NB／SH／T 0521、GB／T4086的規定，氣味性≤3.5級，VOC符合法規要求。

3.2 護套端子選型要求

護套選型原則是要求與電器端進行原廠配對，在原廠無配對的情況下，要求尺寸穩定、耐老化性強、絕緣性能優良的護套。同時進行公母端對配插拔試驗，機械沖擊試驗。

端子應選用其允許范圍內的最大和最小尺寸電線，鍍層選用要與電器端端子一致，否則會影響端子的電性能與機械性能，插入護套力最大應為15N，保持力在設計和選材時應考慮更大的力（推薦二次定位的方式），但至少應能承受60N。

3.3 導線的選型要求

LVDS線束的選型應考慮信號傳輸速度、信號衰減、回路串擾等因素。

信號傳輸速度要求：連接器之間的傳輸時間差不大于10ps，電線束之間的傳輸時間差不大于25ps；整個回路信號的衰減應滿足表3要求。

表3 信號衰減對應表頻帶

回路串擾應在時域測量，近端串擾的輸入信號應最大達到輸出信號電壓的5%，遠端串擾時達到3%。

普通導線的選型應考慮線束膠皮硬度小、抗彎折性能強（在耐彎折試驗后馬上目測導線絕緣皮外觀無龜裂視為合格）、線芯單絲直徑小股數多等因素。

3.4 包覆物的要求

電線束的包覆層，應采用符合客戶標準的膠帶、套管等保護材料，包扎時，線束整體要求緊密、均勻不松散。在電線束中，端子壓接處的絕緣套管應緊密連接在相關部位上，套管不得有移動、影響電線束彎曲、脫開現象。

3.5 圖紙設計

射頻線包含導線、絨布膠帶、連接器、扎帶等信息。技術要求主要表示對線束的標準、檢驗規范、線束零件狀態、產品材料環保標準等的說明。Dlink1.0旋轉屏射頻線圖紙如圖3所示。

圖3 Dlink1.0旋轉屏射頻線圖紙

4 數模走線布置要點

多媒體旋轉屏射頻線應用環境，處在儀表臺中央，空調風道占據了大部分的顯示屏周邊環境，射頻線走向需要避開風道，避免空調風道拼接安裝時干涉壓線；另外，顯示屏為后裝件，需預留足夠的尺寸方便員工接插操作；同時，在乘員艙內，需考慮尺寸預留過長敲擊周邊零部件造成異響情況；顯示屏順時針90°轉動時射頻線也隨之扭動，考慮插件退端子或單根線受力的情況發生。

針對上述布置要點，多媒體旋轉屏射頻線接顯示屏集成端的最佳布置方案：從空調雙風道走線，使射頻線只在同一平面上彎曲運動，防止安裝時拉線造成線束與周邊零部件剮蹭。增加帶導向的護板對線束進行約束，不僅可以接插件尾部至少100mm的直線狀態，而且能避免射頻線安裝后向下晃動，在靠近管柱的位置增加扎帶配合護板對射頻線進行走向約束，如圖4所示。圖4為射頻線接顯示屏分支示意圖。

圖4 射頻線接顯示屏分支示意圖

射頻線顯示屏集成端出線后分別接到低壓線束對接端、影像集成模塊端、功放模塊端和USB模塊端，中間部分線束布置路徑與儀表低壓線束走向一致，不僅能夠節省空間和降低包扎固定材料的費用，還能對射頻線起到最大程度的保護，旋轉屏射頻線具體布置如圖5所示。

圖5 旋轉屏射頻線整體布置示意圖

5 多媒體旋轉屏射頻線測試規范

5.1 測試規范

按照實車PAD旋轉屏射頻線走向搭建耐久實驗臺架。應符合實際車上的固定方式和運動模式，安裝在固定件和運動件之間，可考慮用實車零部件系統，實驗中不通電將待測試的顯示屏線束連同PAD旋轉屏總成按實車安裝方式安裝到測試臺架上。

1） 驗證顯示屏線束旋轉耐久，上板與動力源連接，使上板能旋轉運動，用來模擬運動端在使用過程中順時針、逆時針的旋轉運動。上板旋轉運動的上下極限與對應車型PAD顯示屏保持一致。

2） 試驗過程不帶電工作，但需要在固定端接上瞬斷儀進行瞬斷檢測。

3） 耐久試驗次數按如下，極限溫度及常溫下共計60000次；①一個循環5s：從原點旋轉到+110°位置再回到原點1.75s，停頓時間1.5s，從原點旋轉到-110°再回到原點1.75s；②每測試2000次，停止10min；③常溫下25000次，-40℃2500次，高溫85℃2500次，做2個循環。

4） 運動部位線束目測導線絕緣皮無破損，內部銅絲無折斷。電線束電路導通率為100%，無短路錯路、斷路現象；接觸電阻的變化，連續大于7Ω的時間不超過1μs。

5） 耐久做完60000次后，需要用已完成試驗的樣線再進行一個60000次循環，共計12萬次耐久旋轉。

6） 按照設計標準，旋轉屏射頻線旋轉耐久12萬次，使用頻率為30次／天，耐久疲勞可達到4000天（約12年）。

5.2 耐久臺架布置

顯示屏射頻線臺架結構如圖6所示，線束固定方式參考實車，工裝可以同時完成3根線束測試，順時針、逆時針旋轉的極限位置具體按照±110°進行設定。

圖6 射頻線樣線測試

從原點位置順時針旋轉110°，回到原點，再從原點位置逆時針旋轉110°，然后回到原點，此整個過程為旋轉1個循環（1次），一個循環過程包括：①電動管柱軸向和角度下極限位置；②電動管柱軸向和角度上極限位置；③電動管柱軸向和角度下極限位置。顯示屏旋轉極限位置示意如圖7所示。

圖7 顯示屏旋轉極限位置示意圖

其中，順時針限位、逆時針限位對應汽車在行駛過程中線束運動端所能達到的極限點；固定端安裝座為線束分支處在儀表橫梁（靜止端） 的固定點；活動端安裝座為線束在顯示屏（運動端） 的固定點；電機旋轉模擬顯示屏運動軌跡，軸心位置為伺服電機旋轉軸所處位置。

旋轉屏射頻線懸空長度按照數模長度固定安裝，以車輛靜止時，線束插頭旋轉端所處的位置設為原點，工裝安裝固定點與實車安裝角度一致。

6 總結

通過以上對旋轉屏射頻線設計案例的剖析，介紹了旋轉屏射頻線的基本工作原理、失效分析、基本結構、設計要點，通過3D數模進行合理走向布置，保證周邊環境間隙，搭建符合實車環境條件的實驗工裝，最大限度模擬實車狀態，不斷優化方案，直到得到最優的產品。通過這些系統的方法，了解旋轉屏射頻線的設計始末，理解旋轉屏射頻線的設計理念以及設計難點，提供設計參考。