一、前言

我们生活中所接触的电子产品越来越多,而且随着生活水平的提高,各色各样的需求也越来越多,电子产品的功能也就会越来越齐全,功能多意味着模块就会增加,伴随着的就是功率的加大、高速信号的增加,电子线路板就会更加复杂,那么电磁环境就会越来越复杂化,而电子产品EMC问题都与两大模块息息相关,分别是:

  • 电源模块
  • 时钟模块

二、电源模块

要使电子产品工作就离不开电源这个部分,需要电源给到每个模块供电才能正常地运行,而每个模块所需要的供电电压又大相径庭,所以大部分产品会有DCDC或PMIC的开关电源模块,还有LDO。

开关电源意味着会有突然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt的变化率很大,这便是产生电磁干扰的所需条件。

图1 常见电磁干扰源
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图1 常见电磁干扰源

当电压或电流发生迅速变化时,就会产生电磁辐射现象,导致电磁干扰

我们需要着重地去关注DCDC电源模块问题,在设计阶段就要考虑开关电源的EMC噪声干扰,可以从这几方面去考量:

1.输入输出多做滤波手段,比如LC滤波、π型滤波、共模电感滤波;

2.控制电源回路面积,尽可能做到越小越好,输入输出滤波电容的接地端要与DCDC芯片的地越靠近越好;

3.减少或降低开关电源的纹波,DCDC干扰很大部分是由于电源纹波导致造成的高频噪声干扰,比如①在自举电容串联一个小电阻、②在SW引脚加RC吸收电路等等抑制措施。

图2 原理图回路示意图
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图2 原理图回路示意图
图3 电源Layout示意图
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图3 电源Layout示意图

三、时钟模块

时钟的噪声干扰是电子工程师头痛的一个问题,是因为时域中周期性的信号对应频域中离散的频谱,所以时钟能量比较集中,是一个窄带噪声,也就比较容易超标,时钟噪声辐射超标是RE测试中最常见的一种问题。

图4 机器时钟超标数据
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图4 机器时钟超标数据

时钟倍频,RE测试中常见的就是时钟倍频超标,因为λ=u/f(波速(u),波长(λ)和频率(f))公式可看出频率越大,波长会越小,便能很容易产生耦合并通过一些走线、排线或者线束作为路径辐射出去,导致数据超出标准限值,我们便需要排查问题点,在源头或者路径进行抑制。

接下来我们看看时钟的辐射问题有什么解决方案和建议:

图5 机器简易架构
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图5 机器简易架构

1.在时钟CLK上加RC滤波或者加磁珠与电容滤波(参数大小需参照时钟大小而定),且器件放置位置尽量靠近源头发射端。

2.时钟走线本身辐射是最强的,所以走线越短越好且一定要全程包地线处理,能让时钟有较好的回流路径,高频的回路面积达到最小。

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3.FPC排线上的干扰,排线是时钟辐射的良好天线,屏蔽性不好或无屏蔽效果的线束会导致辐射超标,建议可将排线进行屏蔽接地处理。一根屏蔽接地良好的排线,可以降低10-30db的辐射。

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4.可在时钟加展频IC或在主时钟加展频晶振,可根据时钟频率进行选择适配的展频IC,可以有效降低辐射干扰。

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【展频技术】:

通过对尖峰时钟进行调制处理,使其从一个窄带时钟变为一个具有边带的频谱,将尖峰能量分散到展频区域的多个频率段,从而达到降低尖峰能量,抑制EMI的效果。

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5.PCB上的长走线,靠近时钟线的走线很容易耦合到噪声,所以时钟线未包地的情况下,其他走线要远离时钟等高速信号,降低耦合程度。

四、总结

时钟与电源问题是我们EMC日常遇到最多的噪声问题,需要找到源头、路径,先确定问题点,可借助频谱仪、示波器等设备进行排查噪声源,借助工具准确无误地进行整改,这将使我们的整改事半功倍。

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