如何分析EMC測(cè)試數(shù)據(jù)并且改善輻射？

在電磁兼容的輻射發(fā)射測(cè)試中，最常見(jiàn)的就是時(shí)鐘輻射超標(biāo)（如下圖所示）。可以說(shuō)70%的輻射超標(biāo)都是時(shí)鐘問(wèn)題引起的，因?yàn)闀r(shí)域中周期性的信號(hào)對(duì)應(yīng)頻域中離散的頻譜，所以時(shí)鐘能量比較集中，這在頻譜上的表現(xiàn)就是：時(shí)鐘頻點(diǎn)（時(shí)鐘基頻以及倍頻）上能量很高，而非時(shí)鐘頻點(diǎn)幾乎沒(méi)有能量。

那么我們?nèi)绾畏治鰷y(cè)試數(shù)據(jù)并且改善輻射呢？

二測(cè)試數(shù)據(jù)分析

分析輻射數(shù)據(jù)之前，我們先簡(jiǎn)單了解一下時(shí)鐘最基本的一個(gè)特點(diǎn)：倍頻。如下圖所示，常見(jiàn)的梯形波在頻域上是有很多間隔規(guī)律的單支的，比如一個(gè)24MHz的攝像頭時(shí)鐘，那么f0=24MHz，在頻域上每隔24MHz就會(huì)有一個(gè)單支能量很高（24MHz，48MHz，72MHz，96MHz，120MHz……）。

所以想要從測(cè)試數(shù)據(jù)上分析時(shí)鐘源頭，就需要計(jì)算出每個(gè)相鄰時(shí)鐘單支的頻率間隔△f，f0=△f。比如上述測(cè)試數(shù)據(jù)中：

f5-f3=875.2470-750.1083≈125MHz

f3-f2=750.1083-625.0780≈125MHz

f2-f1=625.0780-501.1790≈125MHz

從計(jì)算結(jié)果中可以知道，1號(hào)點(diǎn)、2號(hào)點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)、5號(hào)點(diǎn)是125MHz時(shí)鐘的倍頻（4號(hào)點(diǎn)833MHz是實(shí)驗(yàn)室中手機(jī)的噪聲，可以忽略）

三輻射超標(biāo)的原因

分析出了超標(biāo)的時(shí)鐘頻率，就可以很輕松的通過(guò)頻譜儀或者原理圖和pcb找到時(shí)鐘來(lái)自哪一個(gè)芯片的哪個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。但是這并不代表我們可以很好解決時(shí)鐘問(wèn)題，因?yàn)闀r(shí)鐘輻射的路徑多種多樣，又可能包含差模、共模輻射。即使找到了輻射路徑，也不一定能降低輻射，因?yàn)闀r(shí)鐘是我們電子產(chǎn)品需要的有用信號(hào)，很多濾波手段會(huì)影響信號(hào)完整性，從而導(dǎo)致功能異常或者降低穩(wěn)定性和一致性。這就需要我們?cè)陔姶偶嫒莺?a target="_blank">產(chǎn)品性能中取一個(gè)平衡，這讓很多工程師越來(lái)越憔悴。

不過(guò)別慌，只要我們沉住氣，一步一步分析問(wèn)題，總有海闊天空、枯木逢春的一天。接下來(lái)我們看看時(shí)鐘輻射超標(biāo)的幾個(gè)常見(jiàn)原因：

1.排線(xiàn)是時(shí)鐘輻射的良好天線(xiàn)，比如屏排線(xiàn)，攝像頭排線(xiàn)，喇叭排線(xiàn)等。很多排線(xiàn)本身沒(méi)有時(shí)鐘線(xiàn)，但是會(huì)耦合到時(shí)鐘噪聲，所以也需要注意，無(wú)論是輸入排線(xiàn)（①）還是輸出排線(xiàn)（②），都要在接口處做好濾波措施，如有必要，最好再加上磁環(huán)。另外，排線(xiàn)的屏蔽接地是非常重要的，一根屏蔽接地良好的排線(xiàn)，可以降低10-30db的輻射。

2.一般CPU都會(huì)有參考時(shí)鐘，如果參考時(shí)鐘晶體附近有長(zhǎng)走線(xiàn)，那么時(shí)鐘噪聲很容易耦合到長(zhǎng)走線(xiàn)，從而輻射出去。所以走線(xiàn)要遠(yuǎn)離晶體，晶體附近也要做好包地處理。

3.很多數(shù)據(jù)線(xiàn)上也會(huì)有時(shí)鐘噪聲（④和⑥），一般在數(shù)據(jù)線(xiàn)源端做好RC濾波，R取值22或者33歐姆（也可以考慮換成磁珠，增強(qiáng)濾波），C取值33pf以?xún)?nèi)。

4.時(shí)鐘走線(xiàn)本身輻射是最強(qiáng)的（⑤和⑦），所以一定要全程包地線(xiàn)處理，走線(xiàn)越短越好，源端濾波最好采用磁珠+電容的方式，磁珠取值60-600歐姆@100MHz，電容取值33pf以?xún)?nèi)。因?yàn)闀r(shí)鐘超標(biāo)一般是100-1000MHz，磁珠用于降低100-500MHz的噪聲（500Mhz以上也有較好的濾波效果），電容用于降低500-1000MHz的噪聲。

5.PCB上的長(zhǎng)走線(xiàn)（⑧）有時(shí)候也帶有較強(qiáng)的時(shí)鐘噪聲，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，或者pcb走線(xiàn)設(shè)計(jì)有問(wèn)題會(huì)耦合到時(shí)鐘噪聲。對(duì)于長(zhǎng)走線(xiàn)，應(yīng)該用頻譜儀探針看看是否有噪聲，然后進(jìn)行濾波。這類(lèi)走線(xiàn)如果速率很低或者對(duì)信號(hào)完整性要求很低，就可以加大濾波參數(shù)，所以較好解決。

6.靠近時(shí)鐘線(xiàn)的走線(xiàn)（⑨）很容易耦合到噪聲，所以時(shí)鐘線(xiàn)未包地的情況下，其他走線(xiàn)要遠(yuǎn)離時(shí)鐘等高速信號(hào)，降低耦合程度。

7.因?yàn)闀r(shí)鐘濾波參數(shù)不能太大，所以很多時(shí)鐘我們即使知道問(wèn)題出在哪也無(wú)能為力。這個(gè)時(shí)候就可以考慮在晶體（⑩）上加展頻IC，可以有效降低輻射。下圖是增加展頻前后的測(cè)試數(shù)據(jù)。

四結(jié)語(yǔ)

時(shí)鐘輻射問(wèn)題可以通過(guò)分析測(cè)試數(shù)據(jù)找到時(shí)鐘源頭，但是有時(shí)候未必能有效解決問(wèn)題，因?yàn)槌瑯?biāo)的原因很多，我們不能一直盯著時(shí)鐘走線(xiàn)瘋狂濾波。這個(gè)時(shí)候就需要我們耐心分析，剝絲抽繭，撥開(kāi)云霧見(jiàn)天明。

原文標(biāo)題：EMC小結(jié)之時(shí)鐘輻射問(wèn)題

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