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一个电容搞定高频时钟辐射超标问题

2023-06-27 20:53:36    来源:面包芯语

在电磁兼容的辐射发射测试中,最常见的就是时钟辐射超标,随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,电子系统的时钟频率越来越高,处理的难度也越来越大。时钟辐射的症结在于,时钟信号对应的频域为窄带频谱,能量比较集中,在数据上体现为离散的有倍频特性的频点,而高频信号本身就很容易通过各种方式对外辐射。本文将结合具体案例分享如何通过一个电容解决时钟辐射超标问题,并提出面对时钟超标问题时可行的措施。

以下是通过韬略实验室复测后的其中一个实验数据:

从数据可以看出,750MHz这个频点确实比较高,前后离散分布的其他频点的频率差为50MHz,说明产品上存在以50MHz为基频工作的电路模块。

2.辐射路径判断


(资料图片仅供参考)

除了时钟信号线WL-SDIO-CLK测得到50MHz的时钟倍频,通过探针探测,发现R16到WIFI芯片的数据信号线也能测到这些时钟频点,初步判断噪声源头为R16到WIFI的时钟信号,并耦合到数据通信信号。

3.整改过程

通过RC对时钟线和信号线进行滤波处理,越靠近R16芯片端越好,实际由于PCB布板空间问题,所以一开始只对时钟线做滤波处理,电容用100pF,主要考虑该电容的谐振频率点在1GHz左右,对750MHz频段可以起到较好的效果。

效果如下:

频率向更高的800MHz移动,考虑到拆装机的影响,说明只对时钟信号处理并没有起到很好的效果。后尝试对信号线加56pF电容滤波,数据如下:

可以看到,对800MHz及之前的频点有效果,但对850MHz这个频点并没有很好的改善效果。受空间限值,如果要针对时钟信号和数据信号走线做优化走线和滤波处理,需要配合改板,将滤波电容位置靠近R16芯片端,预留位置做RC滤波。

4.尝试查找是否存在其他辐射路径

利用近场探头再仔细探查,主要针对排线和PCB板之间的信号连线,因为这些都是比较常见的辐射路径。通过排查,发现如图所示信号线有50MHz的倍频点:

通过频谱探针进一步确定,信号引脚UART2_RX作为R16芯片与雷达模块的信号通信接口,耦合到了高频时钟噪声,成为了辐射天线之一,通过将该引脚对地加100pF电容滤波,结果如下:

从数据可以看出,高频段的噪声频点都没有了。

最终的整改措施只在UART_RX引脚处对地加100pF电容,整改用到的设备和器件有:频谱仪,近场探头,探针,电容。

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