【導(dǎo)讀】在高速發(fā)展的數(shù)字化時(shí)代，電路中的時(shí)鐘信號(hào)頻率也越來(lái)越高，由于時(shí)鐘信號(hào)在頻譜上表現(xiàn)為能量集中的窄帶頻譜，這常常給我們的產(chǎn)品過(guò)EMI測(cè)試帶來(lái)極大的困擾。除此之外，電路上還可能存在一些預(yù)期以外的類時(shí)鐘干擾，在頻譜上表現(xiàn)為窄帶峰值，令人不知所措。本期小編將和大家一起來(lái)探討如何應(yīng)對(duì)電路中那些奇怪的類時(shí)鐘頻率輻射問(wèn)題。
一. 前言
在高速發(fā)展的數(shù)字化時(shí)代，電路中的時(shí)鐘信號(hào)頻率也越來(lái)越高，由于時(shí)鐘信號(hào)在頻譜上表現(xiàn)為能量集中的窄帶頻譜，這常常給我們的產(chǎn)品過(guò)EMI測(cè)試帶來(lái)極大的困擾。除此之外，電路上還可能存在一些預(yù)期以外的類時(shí)鐘干擾，在頻譜上表現(xiàn)為窄帶峰值，令人不知所措。本期小編將和大家一起來(lái)探討如何應(yīng)對(duì)電路中那些奇怪的類時(shí)鐘頻率輻射問(wèn)題。
二. 案例介紹
客戶的產(chǎn)品為一個(gè)顯示屏驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)將主控傳輸過(guò)來(lái)的高速串行信號(hào)進(jìn)行解碼，再傳送到顯示屏。主要模塊分為三部分，一個(gè)是背光升壓模塊，用于給背光供電，開關(guān)頻率為2.2MHz，一個(gè)是降壓模塊，給解串IC供電，開關(guān)頻率為500KHz，另一個(gè)是信號(hào)解串模塊，解串后輸出LVDS時(shí)鐘頻率為48MHz。簡(jiǎn)單電路框架如下：
三. 整改過(guò)程回顧
測(cè)試數(shù)據(jù)
從上面的數(shù)據(jù)中可以看到，出現(xiàn)了10MHz間隔的頻率點(diǎn)，并且在154MHz頻點(diǎn)處超標(biāo)。
2.分析
縱觀整個(gè)電路板，開關(guān)電源PWM頻率分別為500KHz和2.2MHz，解串芯片輸出時(shí)鐘為48MHz，并不存在10MHz或者相關(guān)整數(shù)倍的頻率。
猜想1：這個(gè)頻率可能是主控那邊的，因?yàn)闇y(cè)試的時(shí)候主控也在工作，且處在同個(gè)暗室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試；
猜想2：這個(gè)頻率就是驅(qū)動(dòng)電路這邊的，可能是芯片內(nèi)部工作時(shí)產(chǎn)生的時(shí)鐘，通過(guò)某種路徑對(duì)外輻射。
針對(duì)猜想1：通過(guò)將主控部分放到屏蔽箱，同時(shí)在主控信號(hào)線和電源線增加磁環(huán)濾波測(cè)試，將主控可能的空間輻射和線束輻射路徑堵住，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)沒(méi)有改善，說(shuō)明問(wèn)題不在主控部分。
針對(duì)猜想2：將驅(qū)動(dòng)電路板的電源斷開，頻點(diǎn)消失，說(shuō)明該頻點(diǎn)存在于驅(qū)動(dòng)電路板。
3. 問(wèn)題定位與對(duì)策
通過(guò)分析，可以定位到問(wèn)題點(diǎn)存在于驅(qū)動(dòng)電路板，接下來(lái)需要確認(rèn)是哪個(gè)模塊造成的問(wèn)題。
猜想1：背光模塊
猜想2：降壓模塊
猜想3：解串IC
由于有三個(gè)模塊，我們需要逐一排查，排查的手段有三種：
（1）找對(duì)應(yīng)芯片手冊(cè)，看是否有提及相關(guān)頻率；
（2）用頻譜儀進(jìn)行問(wèn)題定位；
（3）將模塊逐個(gè)斷開進(jìn)行驗(yàn)證。
用第一種方法查規(guī)格書并沒(méi)有找到相關(guān)頻點(diǎn)，第二種方法是最便捷的，但由于手頭沒(méi)有頻譜儀，只能采用第三種方法排查問(wèn)題。
優(yōu)先處理背光模塊，因?yàn)楸彻饽K不影響另外兩個(gè)模塊的工作。第一步，把背光使能腳下拉，無(wú)效；第二步，為了徹底將背光模塊關(guān)閉，將背光輸入電源斷開，頻點(diǎn)消失。
現(xiàn)在我們可以鎖定問(wèn)題點(diǎn)就是背光模塊，雖然不知道芯片內(nèi)部的運(yùn)作模式，但我們可以通過(guò)外圍濾波，抑制噪聲輻射。下面是升壓芯片的推薦電路圖：
由于沒(méi)辦法確定具體哪個(gè)引腳有噪聲，所以我們先針對(duì)那些走線長(zhǎng)的引腳以及做濾波也不會(huì)影響功能的引腳做處理，如LED負(fù)極走線和LDO輸出引腳，實(shí)際操作中，我們針對(duì)LDO輸出引腳加了1nF電容濾波，對(duì)LED負(fù)極引腳加了磁珠和電容的二級(jí)濾波，效果明顯。整改后數(shù)據(jù)如下：
可以看到，之前的134MHz，144MHz，154MHz頻點(diǎn)已經(jīng)不明顯。
四. 總結(jié)
時(shí)鐘問(wèn)題是EMC領(lǐng)域非常令人頭大的問(wèn)題之一，處理時(shí)鐘問(wèn)題需要關(guān)注時(shí)鐘信號(hào)源頭，時(shí)鐘倍頻，可能的輻射路徑，耦合路徑等，做到心中有數(shù)。有時(shí)候我們不得不面對(duì)一些奇怪的頻率點(diǎn)，單純從電路上沒(méi)辦法知道源頭在哪里，這種時(shí)候更需要冷靜地排查，整改EMC問(wèn)題，需要的不正是細(xì)心與耐心嗎？
(作者：韋雪梅、方新杰，來(lái)源：韜略科技EMC微信公眾號(hào))
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