【经验】如何使用一个电容搞定高频时钟辐射超标问题？

时间： 2023-06-28 来源：韬略科技EMC公众号

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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

2024/4/8 - 捷捷微电 - 选型指南 - v1.0 代理服务技术支持采购服务