PCB上晶振布局很难？5分钟教你掌握！

由 cathy 提交于周一, 13 七月 2020 - 17:16

某行车记录仪，测试的时候要加一个外接适配器，在机器上电运行测试时发现超标，具体频点是84MHz、144MHz、168MHz，需要分析其辐射超标产生的原因，并给出相应的对策。辐射测试数据如下：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050494-102292-1.j…; alt=“图1：辐射测试数据图” width="600"></center><center>图1：辐射测试数据图</center>

辐射源头分析

该产品只有一块PCB，其上有一个12MHz的晶体。其中超标频点恰好都是12MHz的倍频，而分析该机器容易产生EMI辐射超标的屏和摄像头，发现LCD-CLK是33MHz，而摄像头MCLK是24MHz；通过排除发现去掉摄像头后，超标点依然存在，而通过屏蔽12MHz晶体，超标点有所降低，由此判断144MHz超标点与晶体有关，PCB布局如下：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050494-102293-2.j…; alt=“图2：12MHz超标点与晶体在PCB布局示例” width="600"></center><center>图2：12MHz超标点与晶体在PCB布局示例</center>

辐射产生的原理

从PCB布局可以看出，12MHz的晶体正好布置在了PCB边缘，当产品放置于辐射发射的测试环境中时，被测产品的高速部件与实验室中参考接地会形成一定的容性耦合，产生寄生电容，导致出现共模辐射，寄生电容越大，共模辐射越强；而寄生电容实质就是晶体与参考地之间的电场分布，当两者之间电压恒定时，两者之间电场分布越多，两者之间电场强度就越大，寄生电容也会越大，晶体在PCB边缘与在PCB中间时的电场分布如下：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050494-102294-3.p…; alt=“图3：PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图” width="600"></center><center>图3：PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图</center>
<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050494-102295-4.j…; alt=“图4：PCB中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图” width="600"></center><center>图4：PCB中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图</center>

从图4中可以看出，当晶振布置在PCB中间，或离PCB边缘较远时，由于PCB中工作地（GND）平面的存在，使大部分的电场控制在晶振与工作地之间，即在PCB内部，分布到参考接地板去的电场大大减小，导致辐射发射就降低了。

处理措施

将晶振内移，使其离PCB边缘至少1cm以上的距离，并在PCB表层离晶振1cm的范围内敷铜，同时把表层的铜通过过孔与PCB地平面相连。经过修改后的测试结果频谱图如下，从图5可以看出，辐射发射有了明显改善。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-07/wen_zhang_/100050494-102296-5.j…; alt=“图5：经过修改后的频谱图” width="600"></center><center>图5：经过修改后的频谱图</center>

思考与启示

高速的印制线或器件与参考接地板之间的容性耦合，会产生EMI问题，敏感印制线或器件布置在PCB边缘会产生抗扰度问题。如果设计中由于其他一些原因一定要布置在PCB边缘，那么可以在印制线边上再布一根工作地线，并多增加过孔将此工作地线与工作地平面相连。

本文转载自：张飞实战电子
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