在電磁兼容輻射發射EMC測試中,最常見的是時鐘輻射超標(如圖所示)??梢哉f,70%的輻射超標都是由時鐘問題引起的。由于時鐘動能集中在時域中的周期性信號對應于頻域中的離散頻帶,因此時鐘動能在頻帶上的表現是時鐘頻點(時鐘基本頻率及其倍頻)的動能非常高,而不是時鐘頻點基本上沒有動能。
那么我們如何分析數據測試和改善輻射呢?
二、檢測數據分析
在分析輻射數據之前,讓我們簡單了解一下時鐘的最基本特征:倍頻。如圖所示,頻域中常見的梯形波有許多間距規則,例如24MHz相機時鐘,那樣f0=24MHz,每24個頻域MHz會有一個單支動能非常高(24)MHz,48MHz,72MHz,96MHz,120MHz……)。
因此,如果你想從EMC測試中分析時鐘的根源,你需要計算每個相鄰時鐘的單次間距△f,f0=△f。例如上面的數據測試:
f5-f3=875.2470-750.1083≈125MHz
f3-f2=750.1083-625.0780≈125MHz
f2-f1=625.0780-501.1790≈125MHz
從數值中可以看出,1號點,2號點,3號點,5號點是125點MHz時鐘倍頻(4號833MHz手機在實驗室的噪音可以忽略)
三、輻射超標的原因
通過分析超標的時鐘頻率,可以根據頻譜儀或原理圖輕松分析時鐘頻率pcb查找哪個時鐘信號來自哪個芯片。然而,這并不意味著我們可以很好地處理時鐘問題。由于時鐘輻射的路徑多種多樣,可能包括差模和共模輻射。即使我們找到輻射途徑,也可能無法減少輻射。由于時鐘是我們電子設備所需的有用信號,許多濾波方法會影響信號的完整性,導致效果異常或穩定性和一致性降低。這要求我們在電磁兼容性和產品性能之間取得平衡,這使得許多工程師越來越老。
接下來,我們來看看時鐘輻射超標的幾個常見原因:
1.一般CPU有參考時鐘。如果參考時鐘結晶周圍有一條長長的走線,那么時鐘的噪音很容易與長長的走線結合,然后輻射出來。因此,走線應遠離結晶,結晶周圍也應包裹。
2.許多數據線也有時鐘噪聲(④和⑥),一般在數據線源端做好工作RC濾波,R選值22或33歐母(也可考慮更換磁珠,提高濾波效果),C選值33pf之內。
3.排線是一種時鐘輻射良好的天線,如屏幕排線、攝像頭排線、喇叭排線等。很多排線本身都沒有時鐘線,但是會結合到時鐘的噪音,所以要注意是否是鍵入排線(①)或導出排線(②),我們應該在連接處做好濾波對策。如果有必要,最好添加一個磁環。此外,屏蔽接地是非常重要的。屏蔽接地好的排線可以減少10-30db的輻射。
4.時鐘走線本身輻射最強(⑤和⑦),因此,我們必須在整個過程中覆蓋接地線。接線越少越好。源端濾波器的最佳選擇是磁珠電容形式,磁珠選值60-600歐母@100MHz,電容選值33pf由于時鐘超標一般為100-1000MHz,磁珠用于減少100-500MHz的噪聲(500Mhz上面還有很好的濾波效果),電容用于減少500-1000MHz的噪聲。
5.PCB里的長走線(⑧)有時會有很強的時鐘噪音,這可能是由于芯片內部電路的原理問題,或者是由于芯片內部電路的原理問題pcb如果在布線設計中出現問題,則會產生時鐘噪音。對于長線,應使用頻譜儀探頭查看是否有噪音,然后進行濾波。如果這條線的速度很低或信號完整性很低,可以增加濾波參數,所以處理起來很好。
6.接近時鐘線(⑨)很容易耦合到噪音,所以在時鐘線不包地的情況下,其他線路要遠離時鐘等高速信號,降低耦合程度。
7.因為時鐘的濾波參數不能太大,很多時鐘即使知道問題在哪里也無能為力。此時,您可以選擇結晶(⑩)上添展頻IC,能有效減少輻射。下圖是提高顯示頻率前后的數據測試。
四、結語
時鐘輻射問題可以分析數據通過EMC測試找到時鐘的根源,但有時可能無法合理解決困難。由于超標的原因很多,我們不能一直盯著時鐘走線。此時,我們需要仔細分析,剝去絲綢和繭,撥開云霧見光明。