實(shí)例分析：晶振為什么不能放置在PCB邊緣？

時(shí)間：2020-07-15 14:52:04

關(guān)鍵字： PCB 晶振

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[導(dǎo)讀]某行車(chē)記錄儀，測(cè)試的時(shí)候要加一個(gè)外接適配器，在機(jī)器上電運(yùn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，具體頻點(diǎn)是84MHz、144MHz、168MHz，需要分析其輻射超標(biāo)產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)的對(duì)策。輻射測(cè)試數(shù)據(jù)如下：圖1：輻射測(cè)試數(shù)據(jù) 輻射源頭分析該產(chǎn)品只有一塊PCB，其上有一個(gè)12MHz

某行車(chē)記錄儀，測(cè)試的時(shí)候要加一個(gè)外接適配器，在機(jī)器上電運(yùn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，具體頻點(diǎn)是84MHz、144MHz、168MHz，需要分析其輻射超標(biāo)產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)的對(duì)策。輻射測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

圖1：輻射測(cè)試數(shù)據(jù)

輻射源頭分析

該產(chǎn)品只有一塊PCB，其上有一個(gè)12MHz的晶體。其中超標(biāo)頻點(diǎn)恰好都是12MHz的倍頻，而分析該機(jī)器容易EMI輻射超標(biāo)的屏和攝像頭，發(fā)現(xiàn)LCD-CLK是33MHz，而攝像頭MCLK是24MHz；通過(guò)排除發(fā)現(xiàn)去掉攝像頭后，超標(biāo)點(diǎn)依然存在，而通過(guò)屏蔽12MHz晶體，超標(biāo)點(diǎn)有降低，由此判斷144MHz超標(biāo)點(diǎn)與晶體有關(guān)，PCB布局如下：

圖2：PCB布局圖

輻射產(chǎn)生的原理

從PCB布局可以看出，12MHz的晶體正好布置在了PCB邊緣，當(dāng)產(chǎn)品放置于輻射發(fā)射的測(cè)試環(huán)境中時(shí)，被測(cè)產(chǎn)品的高速器件與實(shí)驗(yàn)室中參考地會(huì)形成一定的容性耦合，產(chǎn)生寄生電容，導(dǎo)致出現(xiàn)共模輻射，寄生電容越大，共模輻射越強(qiáng)；而寄生電容實(shí)質(zhì)就是晶體與參考地之間的電場(chǎng)分布，當(dāng)兩者之間電壓恒定時(shí)，兩者之間電場(chǎng)分布越多，兩者之間電場(chǎng)強(qiáng)度就越大，寄生電容也會(huì)越大，晶體在PCB邊緣與在PCB中間時(shí)電場(chǎng)分布如下：

圖3：PCB邊緣的晶振與參考接地板之間的電場(chǎng)分布示意圖

圖4：PCB中間的晶振與參考接地板之間的電場(chǎng)分布示意圖

從圖中可以看出，當(dāng)晶振布置在PCB中間，或離PCB邊緣較遠(yuǎn)時(shí)，由于PCB中工作地（GND）平面的存在，使大部分的電場(chǎng)控制在晶振與工作地之間，即在PCB內(nèi)部，分布到參考接地板的電場(chǎng)大大減小，導(dǎo)致輻射發(fā)射就降低了。

處理措施

將晶振內(nèi)移，使其離PCB邊緣至少1cm以上的距離，并在PCB表層離晶振1cm的范圍內(nèi)敷銅，同時(shí)把表層的銅通過(guò)過(guò)孔與PCB地平面相連。經(jīng)過(guò)修改后的測(cè)試結(jié)果頻譜圖如下，從圖可以看出，輻射發(fā)射有了明顯改善。

思考與啟示

高速的印制線(xiàn)或器件與參考接地板之間的容性耦合，會(huì)產(chǎn)生EMI問(wèn)題，敏感印制線(xiàn)或器件布置在PCB邊緣會(huì)產(chǎn)生抗擾度問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)中由于其他一些原因一定要布置在PCB邊緣，那么可以在印制線(xiàn)邊上再布一根工作地線(xiàn)，并多增加過(guò)孔將此工作地線(xiàn)與工作地平面相連。

-END-

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