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导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

嘉峪检测网        2022-01-21 23:20

前言

 

有时工程师在进行电磁兼容的辐射发射RE试验时,我们发现超标频率通常是时钟的频率,或者时钟频率的整倍数。因此,很多人认为时钟发生器是导致电磁辐射发射的主要原因。实际情况是这样子的么?

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

二环形天线的辐射属性

 

环形天线和偶极天线,这是在产品电路中两种常见的天线,都会产生意外的电磁波辐射,属于电子设备中隐藏的天线在辐射电磁波。电路必须形成一个电流回路才能正常工作,所以任何一个电路都会形成环形天线。

一个变化的磁场,就会产生一个电场,变化的电场也会产生磁场。这种电磁感应的现象在空间传播就构成了电磁波。导致变化磁场的因素有很多,其中就有一个因素是环路,环路长度对辐射的影响:环路周长越长,辐射越强;环路周长接近一个波长时,辐射最强。环路面积对辐射的影响,当周长一定时,环路面积越大,辐射越强,如果电路芯片之间的距离确定时,尽量要使信号电流的回路面积缩小,能够有效地控制辐射。

我们应努力控制信号与瞬态电源电流形成的每一个环路面积,使其最小,特别是作为主要辐射源的传输系统时钟电路,时钟信号通常也是系统中频率最高的信号,其所有能量都集中在基波与其谐波组成的窄频带内。

 

三时钟电路中的环形天线

 

常见的电路模型如下图所示,一个完整的电路包括电源线、信号线、负载和地线,这是一个简易版的时钟信号走线。

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

由上图所构成的环路大致有3个,当时钟信号处于高电平时构成的回路;当时钟从高电平变换低电平的瞬间所构成的回路;当时钟信号处于低电平时构成的回路。

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

从上面的回路可看出去耦电容的重要性,如果这个去耦电容在板子上放置的位置较远,会使和的环路面积扩大,进而导致时钟的辐射更强。

 

四案例

 

前段时间接触过一个案子,是一款刷卡机,它的辐射干扰点是时钟的倍频超标问题,一开始便对各个模块进行排查,后面锁定是RFID这个模块的问题,如下图所示。刷卡模块会主动发射13.56MHz这样一组固定频率的电磁波,这模块大部分都会出现时钟倍频的辐射超标,所以前期误认为是这个时钟造成的,并在线上加磁珠和电容做滤波处理,但并没有明显的改善效果。

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

后面结合原理图、PCB和芯片规格书,如下图所示,发现芯片的发射器电源TVDD旁边没有加去耦电容,去耦电容只有靠近PVDD的C22和C23,这个会使环路面积变大,在这个环形天线上的时钟干扰没能滤除或抑制,有可能导致辐射干扰变强。

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

通过上面的分析后,便在TVDD的附近尝试加了容值为100nF和1nF的电容做滤波,并且将电容的接地引脚尽可能靠近芯片的地,确保达到较小的回路面积,如下图所示。

 

导致电磁辐射发射的主要原因是时钟发生器吗

 

测试数据对比如下:

 

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综上分析,时钟电路产生电磁辐射发射的主要原因是对外连接的导体,跟时钟信号线、电源线、地线、去耦电容等有很大相关,在测试整改时需多方面考虑,多关注一下环形天线的干扰,环路的面积和周长。

 
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来源:韬略科技EMC