時鐘發(fā)生器是導(dǎo)致電磁輻射發(fā)射的主要原因

一前言

有時工程師在進行電磁兼容的輻射發(fā)射RE試驗時，我們發(fā)現(xiàn)超標頻率通常是時鐘的頻率，或者時鐘頻率的整倍數(shù)。因此，很多人認為時鐘發(fā)生器是導(dǎo)致電磁輻射發(fā)射的主要原因。實際情況是這樣子的么？

二環(huán)形天線的輻射屬性

環(huán)形天線和偶極天線，這是在產(chǎn)品電路中兩種常見的天線，都會產(chǎn)生意外的電磁波輻射，屬于電子設(shè)備中隱藏的天線在輻射電磁波。電路必須形成一個電流回路才能正常工作，所以任何一個電路都會形成環(huán)形天線。 一個變化的磁場，就會產(chǎn)生一個電場，變化的電場也會產(chǎn)生磁場。這種電磁感應(yīng)的現(xiàn)象在空間傳播就構(gòu)成了電磁波。導(dǎo)致變化磁場的因素有很多，其中就有一個因素是環(huán)路，環(huán)路長度對輻射的影響：環(huán)路周長越長，輻射越強；環(huán)路周長接近一個波長時，輻射最強。環(huán)路面積對輻射的影響，當(dāng)周長一定時，環(huán)路面積越大，輻射越強，如果電路芯片之間的距離確定時，盡量要使信號電流的回路面積縮小，能夠有效地控制輻射。 我們應(yīng)努力控制信號與瞬態(tài)電源電流形成的每一個環(huán)路面積，使其最小，特別是作為主要輻射源的傳輸系統(tǒng)時鐘電路，時鐘信號通常也是系統(tǒng)中頻率最高的信號，其所有能量都集中在基波與其諧波組成的窄頻帶內(nèi)。

三時鐘電路中的環(huán)形天線

常見的電路模型如下圖所示，一個完整的電路包括電源線、信號線、負載和地線，這是一個簡易版的時鐘信號走線。

由上圖所構(gòu)成的環(huán)路大致有3個，當(dāng)時鐘信號處于高電平時構(gòu)成的回路；當(dāng)時鐘從高電平變換低電平的瞬間所構(gòu)成的回路；當(dāng)時鐘信號處于低電平時構(gòu)成的回路。

從上面的回路可看出去耦電容的重要性，如果這個去耦電容在板子上放置的位置較遠，會使和的環(huán)路面積擴大，進而導(dǎo)致時鐘的輻射更強。

四案例

前段時間接觸過一個案子，是一款刷卡機，它的輻射干擾點是時鐘的倍頻超標問題，一開始便對各個模塊進行排查，后面鎖定是RFID這個模塊的問題，如下圖所示。刷卡模塊會主動發(fā)射13.56MHz這樣一組固定頻率的電磁波，這模塊大部分都會出現(xiàn)時鐘倍頻的輻射超標，所以前期誤認為是這個時鐘造成的，并在線上加磁珠和電容做濾波處理，但并沒有明顯的改善效果。

后面結(jié)合原理圖、PCB和芯片規(guī)格書，如下圖所示，發(fā)現(xiàn)芯片的發(fā)射器電源TVDD旁邊沒有加去耦電容，去耦電容只有靠近PVDD的C22和C23，這個會使環(huán)路面積變大，在這個環(huán)形天線上的時鐘干擾沒能濾除或抑制，有可能導(dǎo)致輻射干擾變強。

通過上面的分析后，便在TVDD的附近嘗試加了容值為100nF和1nF的電容做濾波，并且將電容的接地引腳盡可能靠近芯片的地，確保達到較小的回路面積，如下圖所示。

測試數(shù)據(jù)對比如下：

綜上分析，時鐘電路產(chǎn)生電磁輻射發(fā)射的主要原因是對外連接的導(dǎo)體，跟時鐘信號線、電源線、地線、去耦電容等有很大相關(guān)，在測試整改時需多方面考慮，多關(guān)注一下環(huán)形天線的干擾，環(huán)路的面積和周長。

審核編輯 ：李倩