EMC與電源時鐘的“愛恨情仇”

一前言
我們生活中所接觸的電子產(chǎn)品越來越多，而且隨著生活水平的提高，各色各樣的需求也越來越多，電子產(chǎn)品的功能也就會越來越齊全，功能多意味著模塊就會增加，伴隨著的就是功率的加大、高速信號的增加，電子線路板就會更加復雜，那么電磁環(huán)境就會越來越復雜化，而電子產(chǎn)品emc問題都與兩大模塊息息相關，分別是：

電源模塊

時鐘模塊


二電源模塊
要使電子產(chǎn)品工作就離不開電源這個部分，需要電源給到每個模塊供電才能正常地運行，而每個模塊所需要的供電電壓又大相徑庭，所以大部分產(chǎn)品會有DCDC或PMIC的開關電源模塊，還有LDO。開關電源意味著會有突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt的變化率很大，這便是產(chǎn)生電磁干擾的所需條件。

圖1 常見電磁干擾源
當電壓或電流發(fā)生迅速變化時，就會產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象，導致電磁干擾。
我們需要著重地去關注DCDC電源模塊問題，在設計階段就要考慮開關電源的EMC噪聲干擾，可以從這幾方面去考量：1.輸入輸出多做濾波手段，比如LC濾波、π型濾波、共模電感濾波；
2.控制電源回路面積，盡可能做到越小越好，輸入輸出濾波電容的接地端要與DCDC芯片的地越靠近越好；3.減少或降低開關電源的紋波，DCDC干擾很大部分是由于電源紋波導致造成的高頻噪聲干擾，比如：（1）在自舉電容串聯(lián)一個小電阻；（2）在SW引腳加RC吸收電路等等抑制措施。

圖2 原理圖回路示意圖

圖3 電源layout示意圖

三時鐘模塊
時鐘的噪聲干擾是電子工程師頭痛的一個問題，是因為時域中周期性的信號對應頻域中離散的頻譜，所以時鐘能量比較集中，是一個窄帶噪聲，也就比較容易超標，時鐘噪聲輻射超標是RE測試中最常見的一種問題。

圖4 機器時鐘超標數(shù)據(jù)
時鐘倍頻，RE測試中常見的就是時鐘倍頻超標，因為λ=u/f（波速(u)。
由波長(λ)和頻率(f)）公式可看出頻率越大，波長會越小，便能很容易產(chǎn)生耦合并通過一些走線、排線或者線束作為路徑輻射出去，導致數(shù)據(jù)超出標準限值，我們便需要排查問題點，在源頭或者路徑進行抑制。接下來我們看看時鐘的輻射問題有什么解決方案和建議：

圖5 機器簡易架構
1.在時鐘CLK上加RC濾波或者加磁珠與電容濾波（參數(shù)大小需參照時鐘大小而定），且器件放置位置盡量靠近源頭發(fā)射端；
2.時鐘走線本身輻射是最強的，所以走線越短越好且一定要全程包地線處理，能讓時鐘有較好的回流路徑，高頻的回路面積達到最小。

3.FPC排線上的干擾，排線是時鐘輻射的良好天線，屏蔽性不好或無屏蔽效果的線束會導致輻射超標，建議可將排線進行屏蔽接地處理。一根屏蔽接地良好的排線，可以降低10-30db的輻射。

4.可在時鐘加展頻IC或在主時鐘加展頻晶振，可根據(jù)時鐘頻率進行選擇適配的展頻IC，可以有效降低輻射干擾。

【展頻技術】:通過對尖峰時鐘進行調制處理，使其從一個窄帶時鐘變?yōu)橐粋�具有邊帶的頻譜，將尖峰能量分散到展頻區(qū)域的多個頻率段，從而達到降低尖峰能量，抑制EMI的效果。

5.PCB上的長走線，靠近時鐘線的走線很容易耦合到噪聲，所以時鐘線未包地的情況下，其他走線要遠離時鐘等高速信號，降低耦合程度。

四總結
時鐘與電源問題是我們EMC日常遇到最多的噪聲問題，需要找到源頭、路徑，先確定問題點，可借助頻譜儀、示波器等設備進行排查噪聲源，借助工具準確無誤地進行整改，這將使我們的整改事半功倍。
本文僅代表個人觀點，歡迎指教。

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