【经验】 如何使用一个电容搞定高频时钟辐射超标问题?
引言
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。
案例背景
客户的一款扫地机器人在做辐射测试时,出现750MHz频点数据余量不足的情况,希望针对这个频点进行优化。简要的电路架构如下:
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。
整改过程与对策
1.查找源头
利用频谱仪进行排查,通过近场探头扫描发现定位到模块R16到WIFI芯片的时钟信号WL-SDIO-CLK的时钟频率刚好就是50MHz,其他模块没有这个频点。
2.辐射路径判断
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。
总结
本次整改只用一个电容便解决了高频时钟辐射问题,但整改过程却有很多值得反思总结的点,通过反思本次整改过程,针对时钟问题可供参考的经验总结如下:
1.时钟问题根源思考
高频时钟及其倍频容易出现以下几个问题:
(1)通过信号本身PCB走线或信号环路形成对外辐射的天线;
(2)串扰到靠近时钟线的走线;
(3)耦合到排线,排线又是时钟辐射的良好天线;
(4)最不好处理的,是在芯片内部串扰可能就已经发生,导致芯片IO口都带有高频信号噪声。
2.辐射路径排查思路
(1)通过测试数据,可以大致判断超标频率的基频;
(2)如果基频跟电路已知工作频率一致,可以快速对该电路进行验证;
(3)可以通过频谱仪,结合近场探环和探针,锁定时钟源头。
3.处理与验证通常越靠近源头处理效果越明显,措施也会相对较少。
(1)直接对时钟进行展频处理,目前常见的展频手段有软件展频和通过硬件电路展频,硬件电路展频可以了解韬略科技的产品:展频IC和展频晶振;
(2)在设计阶段,对时钟走线做包地处理,通过走线屏蔽减少其对外辐射和串扰的能力;
(3)整改阶段,需要先排查噪声源头,同时也要尽量评估所有可能成为辐射天线的走线和排线,避免陷入对某个问题点反复验证,却不尽人意的死循环之中。
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描述- ■江苏捷捷微电子股份有限公司创建于 1995 年,是集芯片研发、芯片制造、封测和销售为一体的江苏省高新技术企业。2017 年 3 月 14 日于深圳创业板上市,股票代码 300623 。捷捷微电是国内领先的高品质功率半导体器件 IDM ,自 2017 年起便一直位列在中国半导体行业协会年选的「中国半导体功率器件十强企业」。 ■主导产品为晶闸管(单、双向可控硅)、MOSFETs (SGT、沟槽、平面、超结等工艺)、低结电容放电管等各类保护器件、高压整流二极管、功率型开关晶体管。作为晶闸管龙头企业,捷捷微电 2020 年晶闸管营业收入为国内同行第一、全球第三,而且国产替代进口市占率约 50% 。
型号- JMTK130P04A,JMSH0602AK,JMTL3404A,JMPK2N60G1,JMSH0602AC,JMGK540P10A,JMSL0310AU,JMTG055N04A,JMSH0602AG,JMSL0615AGDQ,JMSH0602AE,JMSH1511AC,JMTL2302B,JMTE060N06A,JMTL2302C,JMSH0406AKQ,JMGG031V06A,JMSL0609AUQ,JMTK080P03A,JMSL0406AKQ,JMTC3003A,JMGC540P10A,JMSH1010AKQ,JMTK3006B,JMGG540P10A,JMSL1023AY,JMSL1010AKQ,JMTQ440P04A,JMTG3005A,JMTG120C03D,JMSH1535AG,JMSH1001AE7,JMTP170C04D,JMTC60N04B,JMPF10N80G1,JMTR3002A,JMTLB2N7002KDS,JMTP9435A,JMTK3005A,JMTG040N03A,JMGI088V10A,JMSH0602AGQ,JMSL0602AGQ,JMSH0601AG,JMSL0302AG□,JMSL0612AKQ,JMTE035N04A,JMSL0406AGDQ,JMTC4004A,JMTQ075N03D,JMSH1504AEQ,JMTL3407A,JMTK58N06B,JMTG080P03A,JMTK3005L,JMTP170N06A,JMSL1013AGD,JMTP170N06D,JMSH1504AE7,JMGC044V10D,JMTK3004A,JMSH0601BG,JMSH0603BGQ,JMTQ11DN10A,JMH65R290ACFP,JMTP080N04A,JMTP080N04D,JMPF13N60G1,JMH65R040AC□,JMTL2305A,JMTL2305B,JMTLA2N7002KS,JMSL1010AC,JMTK50N03A,JMTL3406A,JMTK320N10A,JMTG320N10A,JMTG28DN10D,JMTC320N10A,JMTQ380C03D,JMTL3400A,JMTK10N10A,JMTK50P03A,JMSH0602AEQ,JMTK3003A,JMTP520P04A,JMSL0604AGQ,JMTM3415KL,JMTQ200P03A,JMTL2310A,JMTY11DN10A,JMTI50N06B,JMTL3400L,JMTP4953A,JMTV075N03A,JMTG3008A,JMSL0302DG,JMTQ3010D,JMSL0406AGQ,JMTK50P02A,JMTJ3415KL,JMSL0613APD,JMTK3002B,JMTP4953B,JMTE018N03A,JMSL0606AC,JMSL10130APD,JMSL0606AG,JMSL1010AGQ,JMSL0606AE,JMSL1008AKQ,JMTJ11DN10A,JMSH1510AG,JMSL0606AK,JMSL0606AP,JMTP340P03A,JMTG062N04D,JMSH1002AEQ,JMTK4006A,JMTG080N04D,JMPF16N65G1,JMSL0301AG,JMSL0606AU,JMSL0615AGD,JMSH1004BGWQ,JMSH0603AK,JMTL3402A,JMTP260N03D,JMSL0302BU,JMTG170N06A,JMTK330N06A,JMTV240N03A,JMSH1566AG,JMSL1009AGQ,JMTL2312A,JMTK500N10A,JMSH1566AK,JMTG100P03A,JMSL0406AGD,JMTK4005A,JMTK50N06B,JMSL0302BG,JMTL3401A,JMSH0406AG,JMTC3005A,JMTM170N04A,JMSL0315APD,JMSH1010AK,JMSL0302AU,JMTL3416KS,JMSH0601AGQ,JMTL2301C,JMSL0302AK,JMTL2301B,JMPL0648AGQ,JMTQ050N02A,JMSH1003AGWQ,JMTC6888A,JMTK3005,JMTK4004A,JMPF9N65G1,JMTL2301E,JMSL0302AG,JMGM14DV10A,JMSH0606AG,JMSL0630AG,JMSH1504AS,JMTP075N06A,JMSH2010BTL,JMSH1504CTL,JMTJ250P02A,JMSH1504AC,JMTV3010A,JMSH1504AE,JMTQ025N02A,JMSL0630AU,JMSH1003AGQ,JMTP080P03A,JMSL0601BGQ,JMSH1504ATLQ,JMTL3415KL,JMSL0315ARD,JMSH0401CGQ,JMSH0601BGQ,JMPL0622AK,JMH65R430AK,JMSL1070APD,JMSH1516AC,JMTLB3134K,JMTI10N10A,JMSH1516AE,JMH65R430AF,JMSL10130AUD,JMSH1516AG,JMPK9N65G1,JMTP130P04A,JMSH1004ACR,JMSL1008AGQ,JMSH1004BEQ,JMSH1507AEQ,JMTL3N10A,JMSL0620AGDEQ,JMTN2310A,JMTJ100N02A,JMSH1008AE,JMSH1008AC,JMH65R980AKQ,JMSH1008AG,JMSH1565AUS,JMSL0609AKQ,JMTP330N06D,JMSL0315AUD,JMSL0610AGDQ,JMTP4406A,JMSL0609AGWQ,JMTP110N06D,JMPK840G1,JMTP110N06A,JMTK480N06A,JMPL1025AE,JMPL1025AK,JMTP3008A,JMPF20N65G1,JMPL1050AUQ,JMGG140V12A,JMTP440P04A,JMTV210P02A,JMTL850P04A,JMTP4407B,JMTJ210P02A,JMPK2N65G1,JMTP4407A,JMSL0606AUQ,JMSL1010AK,JMTK340P03A,JMTK2007A,JMSL1010AG,JMTP4435A,JMTC035N06D,JMTC085P04A,JMTP230C04D,JMSL1010AU,JMTK018N03A,JMSL1010AP,JMSL0620AUE,JMTP160P03D,JMSL0402AKQ,JMTG60N04B,JMTQ160P03A,JMTK160P03A,JMTK2006A,JMTP380N03D,JMSH1506AE7,JMH65R430APLN,JMPFP7N65G1,JMTN11DN10A,JMTK90N02A,JMGP088V10A,JMSH0401AGQ,JMTM850P04A,JMSH0804DE,JMSH0804DC,JMGK088V10A,JMSH1513BG,JMTK110N06A,JMTC035N04A,JMTL2N7002KS,JMH65R040ASFDQ,JMSL0612AGQ,JMSL0601AGQ,JMSH1207AG,JMSH1207AE,JMSH1207AC,JMSL040SAGQ,JMSL0609APD,JMSH1516AEQ,JMSL1040AGD,JMSH1513AC,JMSL0609AG,JMSH1513AE,JMSH1305AC,JMSH0401BGQ,JMSH1513AG,JMH65R490AFFD,JMSL0609AK,JMSH1305AE,JMSL0403AGQ,JMTP130N04A,JMTI320N10A,JMSL1006AGQ,JMSL0609AP,JMSH1004AEQ,JMTG075C03D,JMSL0609AU,JMSL1040AGQ,JMSL1507AGN,JMSH1004BGQ,JMTC060N06A,JMSH1003AG,JMTK440P04A,JMTG060N06A,JMSL0615AUD,JMPK7N65A□,JMTE6888A,JMSL0402AGQ,JMTK70N07A,JMSH2010BC,JMSH0402AGQ,JMSH1508AC,JMSH2010BE,JMTP045N03A,JMSH1508AE,JMTC80N06A,JMTQ080P03A,JMTE3003A,JMTI080P03A,JMTQ120C03D,JMSL0307AV,JMSH1565APS,JMSL1008AE,JMTK060N06A,JMTI60N04A,JMSL1008AC,JMSH1004BG,JMSL1008AG,JMGE540P10A,JMTQ120N03A,JMSH1001ATL,JMSL1008AK,JMSH1505ATL,JMSL1008AP,JMTP085P02A,JMSL0307AG,JMSH0403BGQ,JMPL1050APD,JMPF10N65G1,JMTV080N02A,JMTJ3401A,JMSH1509AGQ,JMTE3002B,JMSL1018AGD,JMPF9N90G1,JMTK060N06A□□,JMSH0606AKQ,JMSH1002APS,JMTK060P03A,JMSL1018AGQ,JMSL0403AG,JMSH1002CTL,JMTQ120N03D,JMSL0403AU,JMSH0402BGQ,JMSH1004BE,JMSH1507AC,JMSL0402BGQ,JMSH1004BC,JMSH1507AE,JMPF20N60G1,JMSL0620AGE,JMSH1566AKQ,JMSH0601ATLQ,JMSH1001AE7Q,JMSH2010BS,JMTJ2302C,JMH65R980AK,JMSL1040AGDQ,JMPL0648AG,JMSL040SAG,JMSH1001BTL,JMSH0401CG,JMTP9926B,JMTP9926A,JMPL0648AK,JMTQ130P04A,JMTT8810KS,JMTL3134K,JMSH1004AE,JMSH1004AC,JMPL0648AU,JMSH1006ACR,JMT-SERIES,JMTQ062N04A,JMSH1506AS,JMGG010V04A,JMSH1005AE,JMSL0402AK,JMSL0402AG,JMSH1504ATL,JMTQ90N02A,JMSL0402AU,JMSH1003ATL,JMSH0402AKQ,JMSL1040AG,JMSH041AGQ,JMSL1040AC,JMSL0402BG,JMTQ4407A,JMTQ240N03D,JMSL1040AK,JMTK100N03A,JMSH1504ASQ,JMSL1040AV,JMH65R190AF,JMTQ040N03A,JMSL1040AY,JMTG018N03A,JMSL1040AU,JMTV2305A,JMSH1018AGQ,JMTI210P02A,JMSL0401AGQ,JMSH1005AC,JMTG060P03A,JMGG020V04A,JMSH0401ATLQ,JMSL0401AG,JMSH0606AGQ,JMGG088V10A,JMTK75N02A,JMTC170N10A,JMSL1018AKQ,JMTQ130N04D,JMTK100N02A,JMSH1006AG,JMSH1006AE,JMTG035N04L,JMSH1006AK,JMTG035N04A,JMSH1508AEQ,JMTE025N04D,JMTK170N10A,JMTQ240N03A,JMTY2310A,JMPK7N65G1,JMTI290N06A,JMSL
EMC设计与整改中常用器件及其特性介绍
本文介绍了EMC设计和整改中常用的器件,包括BDL、展频IC、电感、磁珠、共模滤波器、TVS&ESD、PPTC、SMT导电硅橡胶等,简要阐述了它们的特性和应用。文章旨在为EMC设计和整改提供参考,帮助读者更好地理解和选择这些器件。
技术探讨 发布时间 : 2024-10-16
【应用】韬略科技BDL滤波器可替代多颗MLCC电容用于电源旁路,美国军工专利结构具有极低的寄生参数
韬略科技明星产品BDL滤波器,美国军工专利结构,具有极低的寄生参数,在频域上能降低高频噪声,在时域上能有效抑制电源纹波。在IC电源旁路上有极好的应用,一颗BDL能替代多颗MLCC电容。
应用方案 发布时间 : 2021-05-09
EMC设计准则汇总 (第二部分)
电磁兼容(EMC)是确保电子设备在电磁环境中正确运行并减少对其他设备干扰的关键。以下是详细的PCB(印刷电路板)设计指南,旨在优化电磁兼容性。
技术探讨 发布时间 : 2024-09-30
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品牌:PANJIT
品类:Ultra Low Capacitance TVS/ESD Protection
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现货:181,927
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