EMC與電源時(shí)鐘的“愛恨情仇”

一前言
我們生活中所接觸的電子產(chǎn)品越來越多，而且隨著生活水平的提高，各色各樣的需求也越來越多，電子產(chǎn)品的功能也就會(huì)越來越齊全，功能多意味著模塊就會(huì)增加，伴隨著的就是功率的加大、高速信號(hào)的增加，電子線路板就會(huì)更加復(fù)雜，那么電磁環(huán)境就會(huì)越來越復(fù)雜化，而電子產(chǎn)品emc問題都與兩大模塊息息相關(guān)，分別是：

電源模塊

時(shí)鐘模塊


二電源模塊
要使電子產(chǎn)品工作就離不開電源這個(gè)部分，需要電源給到每個(gè)模塊供電才能正常地運(yùn)行，而每個(gè)模塊所需要的供電電壓又大相徑庭，所以大部分產(chǎn)品會(huì)有DCDC或PMIC的開關(guān)電源模塊，還有LDO。開關(guān)電源意味著會(huì)有突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt的變化率很大，這便是產(chǎn)生電磁干擾的所需條件。

圖1 常見電磁干擾源
當(dāng)電壓或電流發(fā)生迅速變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象，導(dǎo)致電磁干擾。
我們需要著重地去關(guān)注DCDC電源模塊問題，在設(shè)計(jì)階段就要考慮開關(guān)電源的EMC噪聲干擾，可以從這幾方面去考量：1.輸入輸出多做濾波手段，比如LC濾波、π型濾波、共模電感濾波；
2.控制電源回路面積，盡可能做到越小越好，輸入輸出濾波電容的接地端要與DCDC芯片的地越靠近越好；3.減少或降低開關(guān)電源的紋波，DCDC干擾很大部分是由于電源紋波導(dǎo)致造成的高頻噪聲干擾，比如：（1）在自舉電容串聯(lián)一個(gè)小電阻；（2）在SW引腳加RC吸收電路等等抑制措施。

圖2 原理圖回路示意圖

圖3 電源layout示意圖

三時(shí)鐘模塊
時(shí)鐘的噪聲干擾是電子工程師頭痛的一個(gè)問題，是因?yàn)闀r(shí)域中周期性的信號(hào)對(duì)應(yīng)頻域中離散的頻譜，所以時(shí)鐘能量比較集中，是一個(gè)窄帶噪聲，也就比較容易超標(biāo)，時(shí)鐘噪聲輻射超標(biāo)是RE測(cè)試中最常見的一種問題。

圖4 機(jī)器時(shí)鐘超標(biāo)數(shù)據(jù)
時(shí)鐘倍頻，RE測(cè)試中常見的就是時(shí)鐘倍頻超標(biāo)，因?yàn)?strong>λ=u/f（波速(u)。
由波長(zhǎng)(λ)和頻率(f)）公式可看出頻率越大，波長(zhǎng)會(huì)越小，便能很容易產(chǎn)生耦合并通過一些走線、排線或者線束作為路徑輻射出去，導(dǎo)致數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)限值，我們便需要排查問題點(diǎn)，在源頭或者路徑進(jìn)行抑制。接下來我們看看時(shí)鐘的輻射問題有什么解決方案和建議：

圖5 機(jī)器簡(jiǎn)易架構(gòu)
1.在時(shí)鐘CLK上加RC濾波或者加磁珠與電容濾波（參數(shù)大小需參照時(shí)鐘大小而定），且器件放置位置盡量靠近源頭發(fā)射端；
2.時(shí)鐘走線本身輻射是最強(qiáng)的，所以走線越短越好且一定要全程包地線處理，能讓時(shí)鐘有較好的回流路徑，高頻的回路面積達(dá)到最小。

3.FPC排線上的干擾，排線是時(shí)鐘輻射的良好天線，屏蔽性不好或無(wú)屏蔽效果的線束會(huì)導(dǎo)致輻射超標(biāo)，建議可將排線進(jìn)行屏蔽接地處理。一根屏蔽接地良好的排線，可以降低10-30db的輻射。

4.可在時(shí)鐘加展頻IC或在主時(shí)鐘加展頻晶振，可根據(jù)時(shí)鐘頻率進(jìn)行選擇適配的展頻IC，可以有效降低輻射干擾。

【展頻技術(shù)】:通過對(duì)尖峰時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制處理，使其從一個(gè)窄帶時(shí)鐘變?yōu)橐粋�(gè)具有邊帶的頻譜，將尖峰能量分散到展頻區(qū)域的多個(gè)頻率段，從而達(dá)到降低尖峰能量，抑制EMI的效果。

5.PCB上的長(zhǎng)走線，靠近時(shí)鐘線的走線很容易耦合到噪聲，所以時(shí)鐘線未包地的情況下，其他走線要遠(yuǎn)離時(shí)鐘等高速信號(hào)，降低耦合程度。

四總結(jié)
時(shí)鐘與電源問題是我們EMC日常遇到最多的噪聲問題，需要找到源頭、路徑，先確定問題點(diǎn)，可借助頻譜儀、示波器等設(shè)備進(jìn)行排查噪聲源，借助工具準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行整改，這將使我們的整改事半功倍。
本文僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，歡迎指教。

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