如何高效解決輻射發射時鐘超標問題
發布時間:2021-12-22
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一、引言


時鐘是電磁干擾能量的主要來源之一,隨著系統設計復雜性和集成度的大規模提高,電子系統的時鐘頻率越來越高,處理的難度也越來越大,下圖是常見的時鐘超標測試示意圖。


二、案例分析


為什么有些時鐘的高次諧波會很容易超標?

分析:

周期信號由于每個取樣段的頻譜都是一樣的,所以他的頻譜呈離散形,但在各個頻點上呈強大的特點,通常成為窄帶噪聲。而非周期信號,由于其每個取樣段的頻譜不一樣,所以其頻譜很寬,而且強度較弱,通常被稱為寬帶噪聲。然而在一般系統中,時鐘信號為周期信號,而數據和地址線通常為非周期信號,因此造成系統輻射超標的通常為時鐘信號。


如何解決時鐘及其諧波超標問題呢?


(一)抑制措施1—使用濾波電路

在時鐘信號線靠近輻射源頭增加濾波電路,通過RC時間常數減緩信號的邊沿轉換率;通常采用RC濾波電路,為了得到最理想的端接和防止反射,電阻應該盡量的靠近源端,電容最好放置電阻右邊,如下圖所示:

存在問題:

(1)電感和電容存在寄生參數,高頻效果不理想;

(2)時鐘頻率越來越高,RC濾波效果非常有限;

(二)抑制措施2—屏蔽線纜

分析:

屏蔽線纜是非常有效的措施之一,屏蔽層既能直接遮擋了電纜中差模信號回路的差模輻射,也能為共模電流提供一個返回共模噪聲源的路徑,減小共模電流的回路面積,但是屏蔽線纜也存在以下問題,

(1)采用導電布屏蔽工藝復雜,人工成本高,效果不夠理想;

(2)采用多層屏蔽FPC排線,成本高,柔韌性不好;

(3)采用微同軸屏蔽效果很好,但是成本很高;

以前傳統的諸如屏蔽,濾波等EMI改善措施的應用已變得越來越困難,這促使設計工程師去探索更可行有效的方法來減少時鐘能量發射,而擴頻時鐘的適時出現則恰如其分的解決了這個問題,并從源頭上——系統時鐘處控制和減少了EMI發射強度。目前,時鐘擴展頻譜技術被廣泛使用在圖像采集、圖像顯示及汽車電子等行業。

(二)抑制措施3—展頻

1、在屏時鐘或攝像頭時鐘增加展頻IC

2、應用效果對比測試圖

3、展頻技術原理

通過對尖峰時鐘進行調制處理,使其從一個窄帶時鐘變為一個具有邊帶的頻譜,將尖峰能量分散到展頻區域的多個頻率段,從而達到降低尖峰能量,抑制EMI的效果。

4、展頻的形態——展頻IC和展頻晶振兩種形態

5、展頻技術的優勢

(1)在EMI源處抑制EMI,抑制效果好;

(2)PCB板級方案,便于批量生產和電路標準化;

(3)縮短研發周期,減少屏蔽,過濾,簡化工藝,減少人工成本;

(4)展頻晶振體積小,在車載攝像頭、內窺鏡等體積有要求產品實用度高。

6、實際成功應用案例

(1)圖像采集類時鐘信號,如攝像頭時鐘,指紋頭等;

(2)圖像顯示類時鐘信號,如屏時鐘;

(3)晶振、DDR、SD等PCB內部時鐘


三、總結

時鐘擴展頻譜技術在抑制時鐘EMI上的應用,可以在一定程度上簡化EMC對策,降低昂貴的屏蔽材料成本,增強產品大批量生產的一致性,因此在產品的設計初期做EMC設計規劃時,應考慮做好展頻電路的兼容設計,以防產品在上市前因EMI整改困難而焦頭爛額,錯失最好的市場機會!


應用新型產品解決時鐘超標EMC問題,走在時代前沿!








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