PCB板時(shí)鐘電路的電磁兼容設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2012-03-09 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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2．2 時(shí)鐘頻率對(duì)輻射的影響
假設(shè)有2個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，幅度都為1 V，上升時(shí)間都為3．33 ns，重復(fù)頻率為30 MHz和90 MHz，根據(jù)上面的傅里葉變換可以得到2個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻譜分布，如圖2和圖3所示。
2．3 時(shí)鐘頻譜的比較
從圖1可以看出，時(shí)鐘諧波干擾尤其是高次諧波干擾的強(qiáng)度會(huì)隨著上升和下降時(shí)間的降低而大大加強(qiáng)，2 ns上升時(shí)問(wèn)的時(shí)鐘的高次諧波比4 ns上升時(shí)間的對(duì)應(yīng)諧波高出1～2倍。
當(dāng)上升下降時(shí)間相同時(shí)，周期T(或者基頻f)的高低對(duì)時(shí)鐘產(chǎn)生的高次諧波干擾的影響非常大，圖2和圖3分別是重復(fù)頻率30MHz和90MHz，上升時(shí)間都為3.33 ns，幅度為1 V的梯形時(shí)鐘波諧波干擾的大小。從圖中可以看出，2種時(shí)鐘在270 MHz的諧波干擾，90 MHz時(shí)鐘在270 MHz(3次諧波)的諧波干擾比30 MHz時(shí)鐘在270 MHz(9次諧波)的諧波干擾高出15 dB左右；再比較90 MHz時(shí)鐘在810 MHz(9次諧波)的諧波干擾比30MHz時(shí)鐘在810 MHz(27次諧波)的諧波干擾高出12 dB左右。
因此在進(jìn)行時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在條件允許的情況下優(yōu)先選用較低的時(shí)鐘頻率，比如在設(shè)計(jì)以太網(wǎng)的PHY芯片時(shí)既有采用125 MHz外部時(shí)鐘的也有采用25 MHz外部時(shí)鐘的，如果在其他技術(shù)條件允許應(yīng)優(yōu)先選用外部時(shí)鐘為25 MHz的芯片，而且在各方面技術(shù)條件都滿足的情況下優(yōu)先選擇上升和下降時(shí)間比較長(zhǎng)的時(shí)鐘或者時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路。
3 時(shí)鐘電路的電磁兼容設(shè)計(jì)
在PCB板上實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘電路的電磁兼容設(shè)計(jì)主要從下面的幾個(gè)方面來(lái)考慮：時(shí)鐘晶振及其驅(qū)動(dòng)器的電源處理；在PCB板上晶振及其驅(qū)動(dòng)器的下面做局部的覆銅處理；時(shí)鐘信號(hào)線的布線；時(shí)鐘信號(hào)的端接和濾波等。
3．1 電源設(shè)計(jì)
當(dāng)時(shí)鐘電路的輸出同時(shí)發(fā)生狀態(tài)變換時(shí)，會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流，或灌電流，為了避免時(shí)鐘芯片對(duì)單板電源系統(tǒng)的沖擊，抑制單板電源的電磁干擾，就需要對(duì)時(shí)鐘電源部分進(jìn)行濾波和隔離設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)原理圖如圖4所示。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/177763.htm

3．2 鋪銅及布線設(shè)計(jì)
晶體振蕩器內(nèi)部的電路會(huì)產(chǎn)生射頻電流，如果晶體是金屬外殼封裝的，直流電源腳是直流電壓參考和晶體內(nèi)部射頻電流回路參考的依據(jù)。不同的晶體(CMOS，TTL，ECL等)內(nèi)部產(chǎn)生的射頻電流對(duì)金屬外殼的輻射大小不同，如果晶體金屬外殼不與大的地平面連接，則不能將晶體金屬外殼上大的瞬態(tài)電流瀉放到地平面上。
在晶振和時(shí)鐘電路下面的局部地平面可以為晶振及相關(guān)電路內(nèi)部產(chǎn)生的共模RF電流提供通路，從而使RF發(fā)射最小。為了承受流到局部地平面的共模RF電流，需要將局部地平面與系統(tǒng)中的其他地平面多點(diǎn)相連。即表層的局部地平面與系統(tǒng)內(nèi)部地平面相連的過(guò)孔提供了到地的低阻抗。同時(shí)要注意的是要保證晶振底下地平面的完整性。使用完整地平面的信號(hào)的回流和信號(hào)本身方向相反，大小相等，能夠很好的互相抵消，可以保證其良好的信號(hào)完整性和電磁兼容特性。但是，如果地平面不完整，回流路徑中的電流與信號(hào)本身的電流不能相互抵消時(shí)(盡管這種電流不平衡有時(shí)候是不可避免的)，就會(huì)產(chǎn)生一部分共模電流。產(chǎn)生的共模電壓就會(huì)激勵(lì)連接的外圍結(jié)構(gòu)，造成較大的輻射。
如果布線從晶振下面穿過(guò)，特別是傳輸?shù)竭B接器的布線，不僅破壞局部地平面的作用，而且還會(huì)將晶振產(chǎn)生的噪聲通過(guò)容性耦合的方式耦合到穿過(guò)它下面的信號(hào)線，使這些信號(hào)線帶有共模電壓噪聲，如果這些信號(hào)線通過(guò)連接器又延伸出PCB，就會(huì)將噪聲帶出。這是一種典型的共模輻射問(wèn)題，原理如圖5所示。