時(shí)鐘EMI超標(biāo)的原因及解決辦法

電子產(chǎn)品多功能化、高速化、小型化的發(fā)展，意味著對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘頻率的要求將越來(lái)越高。因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)是周期信號(hào)，所以在頻域上的能量是集中在某個(gè)頻率上的，這也就造成了時(shí)鐘EMI測(cè)試超標(biāo)的問(wèn)題。

在此，講述一個(gè)時(shí)鐘EMI超標(biāo)的重要原因：時(shí)鐘信號(hào)的回流路徑設(shè)計(jì)不合理。對(duì)于時(shí)鐘而言，回路面積越小，輻射就越??！

1 經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

讓我們先看一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)裝置：同軸電纜的一端接信號(hào)發(fā)生器，頻率可變；另一端接50Ω電阻負(fù)載。同軸電纜的兩端外皮（金屬編織層）用一根短粗的銅線連接起來(lái)，銅線的電阻和電感都很小。在銅線上套一個(gè)電流卡鉗，用示波器監(jiān)視銅線中電流的大小。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將信號(hào)源的頻率從低往高調(diào)，觀察銅線中電流的變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)頻率低于1kHz時(shí)，電流幾乎全部走銅線，當(dāng)頻率高于10MHz時(shí)，電流幾乎全部同軸電纜的外屏蔽層，1kHz 和10MHz 之間，兩個(gè)路徑都有。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：高頻電流總是走電感最小的路徑，也就是回路面積最小的路徑。因?yàn)榛芈冯姼蠰 = F / I （F是磁通量，I是回路電流），而磁通量跟回路面積成正比，所以回路面積小，回路電感也就小。

2 經(jīng)典整改案例

這是一個(gè)儀表盤的案例，兩層板，其架構(gòu)如下圖，儀表盤屏?xí)r鐘從MCU出來(lái)，經(jīng)過(guò)PCB走線到FPC插座，然后經(jīng)過(guò)FPC到屏。

下圖左邊紅色為屏?xí)r鐘走線，理論上PCB中的時(shí)鐘回流是緊貼著紅色時(shí)鐘走線，也就是按照黃色虛線回流，但實(shí)際上，從右邊PCB圖中我們可以看到，高亮部分是地，而紅色時(shí)鐘線附近的地并不完整，中間有一段是分割的，所以會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘回流的時(shí)候?qū)ふ移渌窂椒祷卦炊耍S色虛線），增大了時(shí)鐘的回路面積，加強(qiáng)了輻射。

整改對(duì)策：用導(dǎo)線將分割的地連接起來(lái)，使屏?xí)r鐘回流地完整。

整改前后測(cè)試對(duì)比：

從測(cè)試結(jié)果可以看出來(lái)，整改只是加了一根普通的導(dǎo)線，但是EMI下降卻非常明顯，這體現(xiàn)了時(shí)鐘回路面積的重要性。

所以，設(shè)計(jì)PCB時(shí)，一定要注意減小高頻信號(hào)的回路面積！
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