【实践篇⑥】4K/8K时代的电视机噪声问题

追求具有临场感的影像

为了追求具有临场感的影像，电视机也越来越大。人的视觉能够感知的最大临场感为110°的水平视角，为了实现这一视角，需要从屏幕高度的0.75倍距离进行观看，但为了不在这个距离感觉到影像的像素感，则需要分辨率为7680 x 4320像素的8K影像。同时，在8K中，每秒的帧数增加到了60帧，甚至120帧，以便使动作更加真实。与此同时，影像的信息量增也加到了144Gbps，是目前高清1.24Gbps的100多倍。而为此提供支持的则是压缩影像信息量的编码技术以及抑制信号延迟影响、有效利用信号线并且高速处理信号的技术。同时，与液晶相比，具有诸多优点的有机EL显示器的运用也在不断扩大。液晶电视机与有机EL电视机的影像显示原理完全不同。液晶显示器使用液晶分子作为电子快门，以通过或阻挡背光灯的方式来表现影像。此外，彩色显示需要三色滤光片，但实现高分辨率相对容易。其缺点在于由于其无法自发光，因此需要一个背光源，此外还有对视角存在依赖性，以及在体育等高速运动时会有残影感。

而有机EL的原理则是通过夹在电极之间的有机层来发光。大屏幕显示器可以通过排列微小的红、绿、蓝点光源来实现，而这些光源可以通过改变有机材料获得。由于像素本身会发光，因此可以实现高对比度、宽视角和快速响应，而且由于不需要背光，因此其更为轻薄，并且可以应用于曲面显示器。随着这些技术的发展，预计今后将会发展出更适合4K和8K时代的显示器。

无论是液晶电视机还是有机EL电视机，除了显示器部分以外，电路结构几乎相同。其由电源块（AC-DC转换器、DC-DC转换器等）、调谐器块（地面波数字、BS/CS110度、BS/CS110度4K、BS8K）、解调和影像信号复合块、DSP（数字信号处理器）块、接口块等构成。其中，对画质起到决定性作用的是DSP块的影像信号处理器电路。

电视机的噪声与数字电路

人们常说“数字播放影像中没有噪声”。诚然，叠影和闪烁白点的雪花噪声等模拟播放特有的噪声得到了切实消除。然而，其中也存在数字电视机所特有的噪声，例如犹如形成马赛克的块状噪声、让部分画面变为静止图像的猝发噪声等。同时，在模拟播放的情况下，画质也会变为模拟，因此即使屏幕闪烁，也能在一定程度上看到画面。但在数字播放中，在可视性方面没有中间地带，所以在某些情况下，可能会突然出现完全没有画面或完全没有声音的情况。由于这个原因，数字电视机对于信号和电源质量要求极高。
在数字电视机中，所有的电路基板都是噪声源。特别值得关注的是由数字IC的高速开关产生的开关噪声。数字信号的矩形波由信号等级为H（高）的状态和L（低）的状态构成。这是通过切换IC内开关器件ON/OFF来实现的，但当信号等级从H切换到L和从L切换到H时，从电源到底板会周期性地流过贯通电流。这是造成开关噪声的原因所在。
电源线中最基本的开关噪声对策是插入电容器。这通常被称为旁路电容。电容器的基本特性是它不通过直流电流，而是通过交流电流。因此，当高频开关电流叠加在提供给IC的直流电流上时，在IC的电源引脚上插入旁路电容后，可以阻止高频噪声从外部进入（绕过底板），也可以防止IC产生的开关噪声发生泄漏。
抑制噪声的铁律是将旁路电容尽可能地靠近IC的电源引脚进行安装。如果旁路电容与电源引脚分开，它们之间的印刷图案可能作为一个意外的电感发挥作用，从而会反射IC产生的开关噪声。如果单独的旁路电容无法完全消除噪声，可以将电感器或磁珠与旁路电容结合使用。也就是通过形成一种LC滤波器来降低高频噪声。

错误的噪声对策元件选择与使用方法会造成反效果

虽然具有震撼力的音频对于薄型大画面电视机而言是一个重要的功能，但最重要的功能则是影像质量。尤其在高速处理数字化影像信号的影像信号处理器电路中，随着信号的处理会产生谐波（基波频率的整数倍成分）噪声。如果作为噪声成分的谐波叠加在数字信号的矩形波上，矩形波会发生失真，并可能发生传输错误。
而磁珠与电容器也被用于消除这种信号线的噪声。然而，如上所述，在高频范围内，电容器的外部端子也会发挥电感器的作用。而解决这个问题则需要使用3端子电容器，其结构为通过接地电极包裹会流过信号电流的电极。与普通的2端子电容器相比，它能够大幅降低ESL（等效串联电感），还能发挥减少高频噪声的效果。
如果信号频率和噪声频率很接近，则需要使用具有比3端子电容器更迅速的衰减特性的3端子滤波器。这是一种LC滤波器，它结合了一个电感器和一个电容器，电感器在高频范围内成为高阻抗从而阻挡噪声，而电容器则成为一个低阻抗，允许噪声逃逸到底板。这样的设计是为了提供比单独使用电感器或电容器更大的衰减效果，并且拥有多种特性可供选择。根据内部电路的不同，有L型、T型、π型等，而根据元件数量的不同，则有2次、3次、5次等类型。
一般而言，消除噪声的优异效果依次为贴片磁珠、3端子电容器和3端子滤波器，但按照这个顺序内部结构会变得十分复杂，元件价格也会因此而增加。此外，不仅是薄型大画面电视机，内置数字电路的电子设备的EMC对策也需要根据噪声产生情况选择适当的噪声对策元件。虽说3端子滤波器的衰减特性优异，但如果发生阻抗不匹配，也会引起振荡、过冲、下冲等问题，从而会干扰数字波形，因此在用示波器或频谱分析仪进行分析时，必须仔细实施噪声对策。
就像疾病的症状因人而异一样，每个设备的噪声情况也各有不同。错误的噪声对策元件会因为其副作用让症状进一步恶化，这与用药治病也十分类似。而TDK的整体EMC解决方案能够通过必要最小限度的适当元件，以优异的性价比为噪声对策提供支持。