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產(chǎn)品簡介    

 

某工控產(chǎn)品內部有電源、控制板、電源板三部分組成，輻射發(fā)射測試超標，測試標準為EN55032-Class B，具體產(chǎn)品和測試數(shù)據(jù)如下：

 

 

二測試數(shù)據(jù)分析

 

測試數(shù)據(jù)中，1、2、3、5這幾個超標點都是單支（窄帶干擾），其頻率間隔是125MHz，所以是板子上125MHz時鐘的倍頻引起的超標。超標的頻率范圍是500-900MHz，屬于高頻范圍，而低頻幾乎沒有噪聲（125MHz，250MHz，375MHz并不超標，甚至沒有噪聲），為什么呢？

 

三輻射超標的原因

 

125MHz的時鐘很容易找到，因為一個產(chǎn)品里的時鐘CLK是有限的，而且很多時候頻率各不相同，這個工控產(chǎn)品里所有的125MHz的時鐘如下圖所示：

 

 

產(chǎn)品的CPU（RK3399）和PHY芯片（RTL8211E）之間有三個125MHz的時鐘，到底是哪個引起的超標，或者三個都超標？

 

于是我用控制變量法逐個進行濾波，發(fā)現(xiàn)并沒有什么改善，甚至把三個125MHz時鐘走線從源頭割斷，噪聲并沒有降低，依舊超標。說明超標的噪聲跟這三個125MHz時鐘沒有直接的關系。

 

后來我把PHY芯片的25MHz無源晶體去掉，噪聲就徹底消失了。但這并不能說超標是25MHz晶體引起的，因為去掉晶體之后，PHY芯片也沒辦法正常工作了。不過這個措施基本可以確定噪聲是PHY芯片出來的，所以需要認真分析PHY芯片以及其PCB布局。于是我下載了PHY芯片的規(guī)格書，分析其可能存在的問題。

 

 

從上圖PHY芯片引腳分布圖中可以看出來，35號引腳（CLKOUT引腳）是PHY芯片給CPU提供的125MHz的參考時鐘，而34號引腳（LED2引腳）是連接到RJ45網(wǎng)口的指示燈。這兩個引腳靠的很近，指示燈走線很可能耦合到125MHz的噪聲從而輻射出去。

 

 

上圖黃色高亮部分是LED的走線，可以看到：1.125MHz時鐘走線和LED走線有一小部分平衡走線，使得LED走線很容易耦合到125MHz的噪聲；2.LED走線非常長，而且周圍的地很不完整，這就使LED走線成為很好的單極子輻射天線。

 

四整改

 

既然分析出了噪聲源，也知道了輻射的天線，那處理起來就很簡單了，在LED走線的源頭對地并聯(lián)1nF的電容，就會有很不錯的效果（超標頻率范圍為500-900MHz，濾波電容選擇100pF-1000pF都可以），以下是加電容前后對比數(shù)據(jù)。

 

 

五思考

 

這個案例有一個特點，超標的是125MHz時鐘的倍頻，但是只有高頻超標（500-900MHz），低頻卻沒有噪聲，為什么呢？

 

其實，LED線上的輻射是典型的單機子天線輻射模型（也是常說的共模輻射模型），輻射大小跟這些參數(shù)有關。

 

 

E：輻射發(fā)射強度

 

K：常數(shù)

 

I：噪聲電流

 

L：天線長度

 

f：噪聲頻率

 

D：被測產(chǎn)品和測試天線的距離（EN55032輻射為3m或者10m）

 

從這個公式中可以看出，輻射大小跟噪聲電流、天線長度、噪聲頻率成正比，而這個案例中LED的輻射，是這個模型的一個變形，具體如下：

 

 

這個案例中，時鐘走線125MHz的噪聲通過分布電容耦合到了LED走線上，這個電容只有幾pF，所以對于低頻來說，阻抗很大，對于高頻來說，阻抗卻很小，所以高頻噪聲（500-900MHz范圍的倍頻）更容易耦合到LED走線上，從而輻射出去。

 

在LED走線L不能縮短、頻率f固定125MHz的情況下，只能考慮減小LED走線上的噪聲電流I，減小這個電流的方法有兩個：1.增大走線分布電容C，就需要把LED走線和125MHz的CLK線分開，增加走線間隔，或者走線中間包地隔離；2.在LED走線源頭做濾波，電容或者磁珠都有比較好的效果。