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經(jīng)典案例-5分鐘掌握時(shí)鐘EMI重點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2019-01-30 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電子產(chǎn)品多功能化、高速化、小型化的發(fā)展,意味著對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘頻率的要求將越來(lái)越高。因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)是周期信號(hào),所以在頻域上的能量是集中在某個(gè)頻率上的,這也就造成了時(shí)鐘EMI測(cè)試超標(biāo)的問(wèn)題。
在此,講述一個(gè)時(shí)鐘EMI超標(biāo)的重要原因:時(shí)鐘信號(hào)的回流路徑設(shè)計(jì)不合理。對(duì)于時(shí)鐘而言,回路面積越小,輻射就越小!
1經(jīng)典實(shí)驗(yàn)
讓我們先看一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)裝置:同軸電纜的一端接信號(hào)發(fā)生器,頻率可變;另一端接50Ω電阻負(fù)載。同軸電纜的兩端外皮(金屬編織層)用一根短粗的銅線連接起來(lái),銅線的電阻和電感都很小。在銅線上套一個(gè)電流卡鉗,用示波器監(jiān)視銅線中電流的大小。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:將信號(hào)源的頻率從低往高調(diào),觀察銅線中電流的變化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:當(dāng)頻率低于1kHz時(shí),電流幾乎全部走銅線,當(dāng)頻率高于10MHz時(shí),電流幾乎全部同軸電纜的外屏蔽層,1kHz 和10MHz 之間,兩個(gè)路徑都有。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:高頻電流總是走電感最小的路徑,也就是回路面積最小的路徑。因?yàn)榛芈冯姼蠰 = F/ I (F是磁通量,I是回路電流),而磁通量跟回路面積成正比,所以回路面積小,回路電感也就小。
2經(jīng)典整改案例
這是一個(gè)儀表盤的案例,兩層板,其架構(gòu)如下圖,儀表盤屏?xí)r鐘從MCU出來(lái),經(jīng)過(guò)PCB走線到FPC插座,然后經(jīng)過(guò)FPC到屏。
下圖左邊紅色為屏?xí)r鐘走線,理論上PCB中的時(shí)鐘回流是緊貼著紅色時(shí)鐘走線,也就是按照黃色虛線回流,但實(shí)際上,從右邊PCB圖中我們可以看到,高亮部分是地,而紅色時(shí)鐘線附近的地并不完整,中間有一段是分割的,所以會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘回流的時(shí)候?qū)ふ移渌窂椒祷卦炊耍S色虛線),增大了時(shí)鐘的回路面積,加強(qiáng)了輻射。
整改對(duì)策:用導(dǎo)線將分割的地連接起來(lái),使屏?xí)r鐘回流地完整。
整改前后測(cè)試對(duì)比:
從測(cè)試結(jié)果可以看出來(lái),整改只是加了一根普通的導(dǎo)線,但是EMI下降卻非常明顯,這體現(xiàn)了時(shí)鐘回路面積的重要性。
所以,設(shè)計(jì)PCB時(shí),一定要注意減小高頻信號(hào)的回路面積!
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