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嘉峪檢測網 2022-01-21 23:20
前言
有時工程師在進行電磁兼容的輻射發(fā)射RE試驗時,我們發(fā)現(xiàn)超標頻率通常是時鐘的頻率,或者時鐘頻率的整倍數。因此,很多人認為時鐘發(fā)生器是導致電磁輻射發(fā)射的主要原因。實際情況是這樣子的么?

二環(huán)形天線的輻射屬性
環(huán)形天線和偶極天線,這是在產品電路中兩種常見的天線,都會產生意外的電磁波輻射,屬于電子設備中隱藏的天線在輻射電磁波。電路必須形成一個電流回路才能正常工作,所以任何一個電路都會形成環(huán)形天線。
一個變化的磁場,就會產生一個電場,變化的電場也會產生磁場。這種電磁感應的現(xiàn)象在空間傳播就構成了電磁波。導致變化磁場的因素有很多,其中就有一個因素是環(huán)路,環(huán)路長度對輻射的影響:環(huán)路周長越長,輻射越強;環(huán)路周長接近一個波長時,輻射最強。環(huán)路面積對輻射的影響,當周長一定時,環(huán)路面積越大,輻射越強,如果電路芯片之間的距離確定時,盡量要使信號電流的回路面積縮小,能夠有效地控制輻射。
我們應努力控制信號與瞬態(tài)電源電流形成的每一個環(huán)路面積,使其最小,特別是作為主要輻射源的傳輸系統(tǒng)時鐘電路,時鐘信號通常也是系統(tǒng)中頻率最高的信號,其所有能量都集中在基波與其諧波組成的窄頻帶內。
三時鐘電路中的環(huán)形天線
常見的電路模型如下圖所示,一個完整的電路包括電源線、信號線、負載和地線,這是一個簡易版的時鐘信號走線。

由上圖所構成的環(huán)路大致有3個,當時鐘信號處于高電平時構成的回路;當時鐘從高電平變換低電平的瞬間所構成的回路;當時鐘信號處于低電平時構成的回路。


從上面的回路可看出去耦電容的重要性,如果這個去耦電容在板子上放置的位置較遠,會使和的環(huán)路面積擴大,進而導致時鐘的輻射更強。
四案例
前段時間接觸過一個案子,是一款刷卡機,它的輻射干擾點是時鐘的倍頻超標問題,一開始便對各個模塊進行排查,后面鎖定是RFID這個模塊的問題,如下圖所示。刷卡模塊會主動發(fā)射13.56MHz這樣一組固定頻率的電磁波,這模塊大部分都會出現(xiàn)時鐘倍頻的輻射超標,所以前期誤認為是這個時鐘造成的,并在線上加磁珠和電容做濾波處理,但并沒有明顯的改善效果。

后面結合原理圖、PCB和芯片規(guī)格書,如下圖所示,發(fā)現(xiàn)芯片的發(fā)射器電源TVDD旁邊沒有加去耦電容,去耦電容只有靠近PVDD的C22和C23,這個會使環(huán)路面積變大,在這個環(huán)形天線上的時鐘干擾沒能濾除或抑制,有可能導致輻射干擾變強。

通過上面的分析后,便在TVDD的附近嘗試加了容值為100nF和1nF的電容做濾波,并且將電容的接地引腳盡可能靠近芯片的地,確保達到較小的回路面積,如下圖所示。

測試數據對比如下:

綜上分析,時鐘電路產生電磁輻射發(fā)射的主要原因是對外連接的導體,跟時鐘信號線、電源線、地線、去耦電容等有很大相關,在測試整改時需多方面考慮,多關注一下環(huán)形天線的干擾,環(huán)路的面積和周長。

來源:韜略科技EMC