[現(xiàn)象描述]
某浮地產(chǎn)品(不接地的產(chǎn)品)，兩批（以下分別稱第一批和第二批）產(chǎn)品的輻射發(fā)射測試結(jié)果不一致，分別見圖1和圖2。
圖1
第一批產(chǎn)品的輻射發(fā)射頻譜圖
圖2 第二批產(chǎn)品的輻射發(fā)射頻譜圖
[原因分析]
檢查了第一批產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)和第二批產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)唯一不一樣的地方是兩批產(chǎn)品的PCB層疊設(shè)計(jì)不一樣，即層間距設(shè)置不一樣。
第一批的PCB層疊設(shè)置見表1，第二批的PCB層疊設(shè)置見表2。其中輻射發(fā)現(xiàn)超標(biāo)頻點(diǎn)的相關(guān)的信號線（時鐘線）布置在“lay2-信號層”中。
表1 第一批的PCB層疊設(shè)置
表2 第二批的PCB層疊設(shè)置
高速工作信號在PCB內(nèi)部傳輸時，信號傳送的回流會在回流路徑上產(chǎn)生壓降，如果電纜被這個電壓所驅(qū)動，就會在電纜上產(chǎn)生共模電流（微安級），這是一種電流驅(qū)動模式共模輻射。圖3是電流驅(qū)動共模輻射原理圖。圖3(a)中U DM 是差模噪聲電壓，例如各種數(shù)字信號電路、高頻振蕩源等等，ZL為回路負(fù)載，IDM為回路負(fù)載上的差模電流，該電流流過AB兩點(diǎn)間的回流地Z,回到差模源A點(diǎn)。如果A、B之間存在一定的阻抗Z(如,地平面不完整、AB點(diǎn)之間用連接器互連等引起的寄生電感Lp)，則A、B之間阻抗Z上產(chǎn)生的壓降為：
UCM=Z× IDM＝IDM×（jωLp）
圖3 電流驅(qū)動模式共模輻射原理示意圖
這里UCM就是產(chǎn)生共模輻射的驅(qū)動源。要產(chǎn)生輻射，除了源以外還必須有天線。這里的天線是由圖3 (a)中B點(diǎn)向右看的地線部分和外接電纜。其組成的輻射系統(tǒng)的等效電路如圖3(b)所示，這實(shí)際上是一不對稱振子天線。
對于高速的傳輸線來說，鏡像平面本來是給信號線提供了一個回流路徑（物理上該回流路徑正好是信號線走向的鏡像，因此稱該平面為鏡像平面）。當(dāng)完整的鏡像平面給信號高速信號線提供鏡像回流時，因?yàn)槊總€路徑對（源電流和它的鏡像路徑）非?？拷盘柧€和RF電流回流路徑中的電流大小相等方向相反時，差模RF電流被抵消，就像共模電感、或互感一樣。如果電流或磁通抵消沒有達(dá)到100%，剩下的大部分電流會變成共模電壓。并加到信號路徑的電纜上， 正是這個共模電流形成了勵磁源，并導(dǎo)致了產(chǎn)品EMI輻射。為最小化這個共模電流，必須最大化信號線和鏡象平面間的互感以“獲取磁通”，由此抵消不想要的RF能量。
在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中，由于信號線與信號回流線（地平面上）之間存在一定的距離，也就是說，以上所述的這種“電流抵消”或“磁通抵消”不可能是100％的。結(jié)果，回流電流流過鏡象平面，就會出現(xiàn)“漏感”L,其等效電路如4所示。當(dāng)信號回流經(jīng)過這個電感L時，就會產(chǎn)生壓降E: E=|L（dI/dt）|。
圖4 PCB中高速信號回流原理等效電路圖
值得注意的是，以上所述的這種“電流抵消”或“磁通抵消”程度與信號線、PCB中的回流地平面物理結(jié)構(gòu)有關(guān)系，當(dāng)信號線與回流鏡像地平面越來越靠近時，這種抵消將越來越明顯，即圖4 中的漏感L越來越小，導(dǎo)致的結(jié)果是信號回流經(jīng)過地平面產(chǎn)品的壓降越來越小。這也就是本案例中兩塊PCB板的出現(xiàn)不一樣輻射發(fā)射結(jié)果的主要原因。第二批產(chǎn)品的輻射發(fā)射水平較低是因?yàn)闀r鐘線更靠近地平面，它的地平面上的共模騷擾電壓更低。
【處理措施】
按以上分析的那樣，在PCB層疊設(shè)計(jì)時，盡量使高速信號線靠近完整的地平面。
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