【導讀】電子產品多功能化、高速化、小型化的發(fā)展,意味著對內部時鐘頻率的要求將越來越高。因為時鐘信號是周期信號,所以在頻域上的能量是集中在某個頻率上的,這也就造成了時鐘EMI測試超標的問題。
在此,講述一個時鐘EMI超標的重要原因:時鐘信號的回流路徑設計不合理。對于時鐘而言,回路面積越小,輻射就越小!
1經(jīng)典實驗
讓我們先看一個經(jīng)典的實驗:
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實驗裝置:同軸電纜的一端接信號發(fā)生器,頻率可變;另一端接50Ω電阻負載。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,銅線的電阻和電感都很小。在銅線上套一個電流卡鉗,用示波器監(jiān)視銅線中電流的大小。
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實驗過程:將信號源的頻率從低往高調,觀察銅線中電流的變化。
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實驗結果:當頻率低于1kHz時,電流幾乎全部走銅線,當頻率高于10MHz時,電流幾乎全部同軸電纜的外屏蔽層,1kHz 和10MHz 之間,兩個路徑都有。
實驗結論: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。因為回路電感L = 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
這是一個儀表盤的案例,兩層板,其架構如下圖,儀表盤屏時鐘從MCU出來,經(jīng)過PCB走線到FPC插座,然后經(jīng)過FPC到屏。
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下圖左邊紅色為屏時鐘走線,理論上PCB中的時鐘回流是緊貼著紅色時鐘走線,也就是按照黃色虛線回流,但實際上,從右邊PCB圖中我們可以看到,高亮部分是地,而紅色時鐘線附近的地并不完整,中間有一段是分割的,所以會導致時鐘回流的時候尋找其他路徑返回源端(黃色虛線),增大了時鐘的回路面積,加強了輻射。
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整改對策:用導線將分割的地連接起來,使屏時鐘回流地完整。
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整改前后測試對比:
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從測試結果可以看出來,整改只是加了一根普通的導線,但是EMI下降卻非常明顯,這體現(xiàn)了時鐘回路面積的重要性。
所以,設計PCB時,一定要注意減小高頻信號的回路面積!
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