时钟设计中应对EMI的策略

时间： 2016-09-24 来源：世强

技术问答

有源晶体振荡器在电子电路中太过于常见了，常见的频率从几兆赫兹到几百兆赫兹不等。在工业类产品中，经常会出现时钟应用不当，或者芯片倍频后EMI很难通过的问题。通常说的EMI也就是传导发射限值检测和辐射发射限值检测。

EMI的产生原因是由于晶振输出波形中包含多次谐波，从而造成在频域中某点的值超标。晶振常见的输出波形有正弦波和方波两种。正弦波的对应频率相对简单，而方波相对于正弦波复杂多了，有多个奇次谐波组成，因此是造成EMI的主要因素。

正弦波的时域（左）和频域（右）如图1所示，正弦波的频域有一个最高点组成。

图1：正弦波的时域和频域

方波波的时域（红色部分）和频域（蓝色部分）如图2所示。由图可见方波有1次，3次，5次...等奇次谐波组成。

图2：方波波的时域和频域

在时钟设计中，应对EMI超标通常有两种策略：一类是加EMI滤波，另一类是加RC低通滤波。下面我们就这两种策略分别简单说明一下。

EMI滤波
EMI滤波的电路原理图如图3所示。需要注意的，EMI滤波与RC低通滤波前端电源供电都是一样。该电路采用PI型滤波，输出加10uF，0.1uF以及pF级电容，OSC输出端加类似磁珠的滤波器件，该处理的好处是可以滤波想要频段的杂波，但该滤波电路对于信号本身有一定影响，即对信号质量有一定影响。

图3：EMI滤波

RC低通滤波
RC低通滤波的电路原理图如图4所示。该电路同样采用PI型滤波，输出加10uF，0.1uF以及pF级电容，但OSC输出端则是加RC低通滤波器。该滤波电路可以有效的滤波高频信号，注意的是输出负载不能大于15pF，对于的ZL=1/(ωCL)=106Ω（最小值）。这种也是电子电路中常用的电路，Ro和Co的数值可根据电路的实际情况进行调整，输出负载可以根据电路实际情况调整只要不超过15pF即可。，其实EMI主要是将信号的上升沿调缓。

图4：RC低通滤波

RC滤波器的Ro值计算如下，如果Co=10pF，这样的Zo[=1/(ωCo)]=159Ω，满足大于106Ω，如果我们将低通滤波器的截止滤波频率设定为200MHZ，根据公式fc=1/(2πRoCo)可算出 Ro=82Ω。

在笔者一个大型的交换主板设备中，使用SILICON LABS的Si535高频时钟，在时钟中起先采用了国产的晶振，在辐射发射抗扰测试EMI的性能中，发现在750M点的位置出现了超标点。通过RC滤波，计算设计了一个截止频率为750MHZ的低通滤波器，再经过此频率计算出Ro和Co的值。改进后，辐射发射在该点的值降低了9dB，当时与class A标准对比余量很小。由于EMI测试是一个复杂且需要反复修改的测试，因此采用多个厂家的晶振，国内的几个知名厂家，国外的包括EPSON等，最后焊接在多块板子上，对多块板子进行辐射发射进行测试。从测试的结果看，EPSON的测试效果最好，能够有效的屏蔽EMI。这与EPSON晶振、内部锁相环结构，以及采用金属外壳有很大的关系。

值得注意的是，在实际的时钟电路设计中，除了有效的增加一些滤波器以外，PCB设计也特别的关键。在大于100MHZ的时钟上面，应该在设计的时候在晶振四周采用大地包裹一圈，走线下面有完整的参考地平面。有条件的情况下采用屏蔽罩设计，如像无线高频设计一样，此外从RO输出的信号线尽量要短，如果板子上没有条件，走线比较长的情况下，应该将此输出线换到内层，同样也可以有效的应对EMI的超标问题。

EMI设计是比较复杂和繁琐的工作，在时间测试下，可以采用EMI测试探头探测板子上EMI超标点的频率范围，然后根据这些参数由以上的方法进行计算。相信不断的调整，然后测试，EMI问题会迎刃而解。

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技术问答发布时间 : 2016-10-25

Silicon Labs（芯科科技） ClockBuilder Pro开发套件使用说明

型号- SI5345A-B-GM,SI5340A-D-GMR,SI5341A-D-GMR,SI5347D-B-GM,SI5344C-B-GM,SI5341B-B04918-GMR,SI5347A-D-GM,SI5345D-B03700-GM,SI5345B-B04564-GM,SI5345D-D-GM,SI5346A-D-GMR,SI5348A-B-GMR,SI5347A-D-GMR,SI5380,SI5345D-B04831-GM,SI5346A-B-GMR,SI51214-A01AFM,SI5344D-B-GM,SI5342D-B05470-GM,SI5341C-B-GM,SI5345A,SI5345B,SI5345C,SI5345B-B05955-GM,SI5345D,SI5342D-D-GM,SI5341B-B04187-GMR,SI5341A-B-GM,SI5347D-B-GMR,SI5380-A-ZXM,SI5345D-B04501-GM,SI5356B-B00322-GMR,SI5341D-B-GM,SI51210,SI5341A-B-GMR,SI51211-A01AFM,SI5345D-B04409-GM,SI5347C-B-GM,SI51210-A01AFMR,SI5344A-B-GM,SI5341D-D-GMR,SI5340C-B-GMR,SI5342C-D-GM,SI5345B-B00021-GM,SI5345B-B06003-GM,SI5346B,SI5341B-B05197-GMR,SI5347B-D-GM,SI5344B-D-GM,SI5345C-D-GM,SI5347D-D-GMR,SI5345B-B-GMR,SI5346A,SI5346B-B-GMR,SI5345D-B04493-GM,SI5345D-B04502-GM,SI5347A-B-GM,SI5341B-B05496-GM,SI5345D-B05784-GM,SI5341B-D-GM,SI5340B-B-GM,SI5340D-B-GMR,SI5341C-D-GM,SI538X,SI5345A-D-GM,SI5340C-D-GMR,SI5345B-B04421-GM,SI5348B-B05017-GM,SI5347C-D-GMR,SI5346B-B-GM,SI5342D-B-GM,SI5380-D-EVB,SI5345C-B-GM,SI5344D,SI5345B-B05825-GM,SI5342B-D-GM,SI5342D-B04694-GM,SI5344D-D-GM,SI5345A-B04957-GM,SI5344A-D-GM,SI5347C-D-GM,SI5345D-B04830-GM,SI5347A-A-GMR,SI5344B-A-GMR,SI5347B-D-GMR,SI5342D-B03814-GM,SI5345B-B03718-GM,SI51218-A01AFMR,SI5344A,SI5344B,SI5340C-D-GM,SI5345B-B03234-GM,SI5344C,SI5347B-B-GM,SI5347C-B-GMR,SI5340D-D-GMR,SI5341B-B-GM,SI5340A-D-GM,SI5341A,SI5341B,SI5341C,SI5341D,SI5345D-B04500-GM,SI5344B-B04184-GM,SI5341B-B05609-GMR,SI5340B-B-GMR,SI5341B-B-GMR,SI5341B-B04226-GMR,SI5345C-A-GM,SI5340D-B-GM,SI5345B-B-GM,SI5344D-B-GMR,SI5345B-B04881-GM,SI5346B-D-GM,SI5121X,SI5340B-D-GM,SI5345A-B-GMR,SI5342A-B-GM,SI5345B-B05785-GM,SI5345D-B05731-GM,SI5340B-D-GMR,SI5345A-A-GM,SI5345B-B05747-GM,SI5342B,SI5348B-B05856-GM,SI5342C,SI5342D,SI5342B-B-GM,SI5347B-B-GMR,SI5348B-B05083-GM,SI5346B-D-GMR,SI5345B-B04823-GM,SI5345B-B05971-GM,SI5340C-B-GM,SI5348B-B05423-GM,SI5342A,SI5346A-D-GM,SI5340A-B-GM,SI5345D-B-GM,SI5346B-A-GMR,SI5348A-A-GM,SI5341B-B04964-GMR,SI5340D-D-GM,SI51214,SI5342C-A-GMR,SI5345B-D-GM,SI51211,SI51218,SI5342A-D-GM,SI5347C,SI5341C-D-GMR,SI5347D,SI534X,SI5341B-A04048-GMR,SI5345A-B04313-GM,SI5341D-B-GMR,SI5345B-B04408-GM,SI5347D-D-GM,SI5347A,SI5347B,SI5340D,SI5345D-B04494-GM,SI5345D-B04528-GM,SI5341A-D-GM,SI5347A-B-GMR,SI5340A,SI5340B,SI5340C,SI5341D-D-GM,SI51210-A01AFM,SI5348A-D-GM,SI5345D-B04834-GM,SI5345B-B04563-GM,SI5341B-D-GMR,SI5345A-B04313-GMR,SI5340A-B-GMR,SI5345D-B05729-GM,SI5345D-B04410-GM,SI5341C-B-GMR,SI5345A-A-GMR,SI5348A,SI5345B-B05786-GM,SI5346A-B-GM

评估板使用说明 - SILICON LABS - Version 2.9 - 2016年07月29日 PDF 英文下载

【应用】10路差分输出！DSP时钟电路中少不了这款时钟发生器

SI5341最大能支持10路差分输出，低抖动，完全满足DSP所需的时钟性能需求。

新应用发布时间 : 2019-09-05

Silicon Labs（芯科科技） Si5341-EVB 评估板使用说明

型号- SI5341B-B-GM,SI5341A-D-GMR,SI5341A,SI5341B,SI5341-EVB,SI5341B-B04918-GMR,SI5341C,SI5341D,SI5341B-B05609-GMR,SI5341B-B05496-GM,SI5341B-B-GMR,SI5341B-B04226-GMR,SI5341B-D-GM,SI5341B-B04964-GMR,SI5341C-D-GM,SI5341,SI5341C-B-GM,SI5341-EVB,SI5341C-D-GMR,SI534X,SI5341B-A04048-GMR,SI5341D-B-GMR,SI5341B-B04187-GMR,SI5341A-B-GM,SI5341A-D-GM,SI5356B-B00322-GMR,SI5341D-B-GM,SI5341D-D-GM,SI5341B-D-GMR,SI5341A-B-GMR,SI5341D-D-GMR,SI5341C-B-GMR,SI5341B-B05197-GMR

评估板使用说明 - SILICON LABS - Rev 1.1 5/15 - 2016年07月15日 PDF 英文下载