一、前言
高頻時(shí)鐘信號(hào)的快速跳變、不完整的回流路徑、邊緣走線的“天線效應(yīng)”……這些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)稍有不慎，就會(huì)讓整機(jī)變成一臺(tái)“微型電臺(tái)”，向空間肆意發(fā)射電磁波。今天，我們將揭開(kāi)時(shí)鐘走線EMC整改的底層邏輯，從輻射機(jī)理到實(shí)戰(zhàn)技巧，手把手教你馴服這些“隱形的干擾源”！
二、案例分享
某款行車記錄儀的輻射測(cè)試結(jié)果顯示，445.5MHz頻點(diǎn)存在超標(biāo)現(xiàn)象。經(jīng)分析，該問(wèn)題源于視頻解碼芯片TP9950向主控傳輸?shù)腜CLK時(shí)鐘信號(hào)。在整改過(guò)程中，嘗試采用以下兩種措施：
1.將PCLK傳輸線上的60Ω磁珠替換為120Ω磁珠；
2.在PCLK傳輸線靠近TP9950芯片端添加濾波電容。
雖然上述措施能夠通過(guò)輻射測(cè)試，但后續(xù)發(fā)現(xiàn)會(huì)引發(fā)行車記錄儀出現(xiàn)花屏現(xiàn)象。當(dāng)減小這些器件的參數(shù)值時(shí)，則出現(xiàn)無(wú)法通過(guò)輻射測(cè)試或顯示畫(huà)面異常的兩種情況。
經(jīng)進(jìn)一步檢查PCB布局，發(fā)現(xiàn)TP9950芯片的時(shí)鐘走線存在以下設(shè)計(jì)缺陷：
走線位于板邊區(qū)域；
未進(jìn)行包地處理。
針對(duì)此問(wèn)題，我們建議客戶對(duì)PCLK時(shí)鐘走線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。實(shí)施整改后，后續(xù)測(cè)試結(jié)果顯示輻射問(wèn)題已得到有效解決，測(cè)試結(jié)果符合要求。
【改板建議】：
（1）時(shí)鐘信號(hào)不能畫(huà)在板子邊緣，下方或相鄰的參考地平面可能被切斷或不足，迫使信號(hào)回流路徑繞行較遠(yuǎn)距離，就會(huì)如下圖一樣產(chǎn)生一些空間串?dāng)_。
時(shí)鐘信號(hào)距離板邊的距離最好大于5mm，在時(shí)鐘信號(hào)到板邊之間最好多一個(gè)地走線進(jìn)行隔離，如下圖所示。
（2）畫(huà)PCB板的時(shí)候我們一般會(huì)有3W原則，也就是在PCB設(shè)計(jì)中，為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時(shí)。
例如，若線寬為5mil（0.127mm），則相鄰信號(hào)線的最小間距應(yīng)為15mil（0.381mm），耦合到臨近走線的邊緣場(chǎng)很少，大部分的電磁場(chǎng)被包圍在走線和回流平面之間，可以降低70%信號(hào)線間電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合效應(yīng)。如果能滿足10倍線寬則能減少98%信號(hào)間的串?dāng)_。單線時(shí)鐘和差分時(shí)鐘會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別，可以參考下圖所示。
（3）在時(shí)鐘線的下層，沿著信號(hào)線布一條地線，地線盡量寬一些。這樣形成的回路面積等于線路板的層間厚度乘以信號(hào)線的長(zhǎng)度，如下圖所示。
三、總結(jié)
一般情況下，時(shí)鐘信號(hào)都是比較敏感的，像濾除高頻噪聲的電容或者共模電感，都會(huì)干擾信號(hào)的完整性，所以當(dāng)我們遇到時(shí)鐘噪聲超標(biāo)時(shí)，我們可以先看看時(shí)鐘走線是否有問(wèn)題，比如走線過(guò)長(zhǎng)；走線太過(guò)靠近主板邊緣；走線是否進(jìn)行包地處理。因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)回流需要低阻抗路徑，所以對(duì)時(shí)鐘走線的整改也是輻射超標(biāo)問(wèn)題的重要解決手段。
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