一產(chǎn)品簡(jiǎn)介

某工控產(chǎn)品內(nèi)部有電源、控制板、電源板三部分組成，輻射發(fā)射測(cè)試超標(biāo)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為EN55032-Class B，具體產(chǎn)品和測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

二測(cè)試數(shù)據(jù)分析

測(cè)試數(shù)據(jù)中，1、2、3、5這幾個(gè)超標(biāo)點(diǎn)都是單支(窄帶干擾)，其頻率間隔是125MHz，所以是板子上125MHz時(shí)鐘的倍頻引起的超標(biāo)。超標(biāo)的頻率范圍是500-900MHz，屬于高頻范圍，而低頻幾乎沒(méi)有噪聲(125MHz，250MHz，375MHz并不超標(biāo)，甚至沒(méi)有噪聲)，為什么呢?

三輻射超標(biāo)的原因

125MHz的時(shí)鐘很容易找到，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品里的時(shí)鐘CLK是有限的，而且很多時(shí)候頻率各不相同，這個(gè)工控產(chǎn)品里所有的125MHz的時(shí)鐘如下圖所示：

產(chǎn)品的CPU(RK3399)和PHY芯片(RTL8211E)之間有三個(gè)125MHz的時(shí)鐘，到底是哪個(gè)引起的超標(biāo)，或者三個(gè)都超標(biāo)?

于是我用控制變量法逐個(gè)進(jìn)行濾波，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有什么改善，甚至把三個(gè)125MHz時(shí)鐘走線從源頭割斷，噪聲并沒(méi)有降低，依舊超標(biāo)。說(shuō)明超標(biāo)的噪聲跟這三個(gè)125MHz時(shí)鐘沒(méi)有直接的關(guān)系。

后來(lái)我把PHY芯片的25MHz無(wú)源晶體去掉，噪聲就徹底消失了。但這并不能說(shuō)超標(biāo)是25MHz晶體引起的，因?yàn)槿サ艟w之后，PHY芯片也沒(méi)辦法正常工作了。不過(guò)這個(gè)措施基本可以確定噪聲是PHY芯片出來(lái)的，所以需要認(rèn)真分析PHY芯片以及其PCB布局。于是我下載了PHY芯片的規(guī)格書(shū)，分析其可能存在的問(wèn)題。

從上圖PHY芯片引腳分布圖中可以看出來(lái)，35號(hào)引腳(CLKOUT引腳)是PHY芯片給CPU提供的125MHz的參考時(shí)鐘，而34號(hào)引腳(LED2引腳)是連接到RJ45網(wǎng)口的指示燈。這兩個(gè)引腳靠的很近，指示燈走線很可能耦合到125MHz的噪聲從而輻射出去。

上圖黃色高亮部分是LED的走線，可以看到：1.125MHz時(shí)鐘走線和LED走線有一小部分平衡走線，使得LED走線很容易耦合到125MHz的噪聲;2.LED走線非常長(zhǎng)，而且周?chē)牡睾懿煌暾?，這就使LED走線成為很好的單極子輻射天線。

四整改

既然分析出了噪聲源，也知道了輻射的天線，那處理起來(lái)就很簡(jiǎn)單了，在LED走線的源頭對(duì)地并聯(lián)1nF的電容，就會(huì)有很不錯(cuò)的效果(超標(biāo)頻率范圍為500-900MHz，濾波電容選擇100pF-1000pF都可以)，以下是加電容前后對(duì)比數(shù)據(jù)。

五思考

這個(gè)案例有一個(gè)特點(diǎn)，超標(biāo)的是125MHz時(shí)鐘的倍頻，但是只有高頻超標(biāo)(500-900MHz)，低頻卻沒(méi)有噪聲，為什么呢?

其實(shí)，LED線上的輻射是典型的單機(jī)子天線輻射模型(也是常說(shuō)的共模輻射模型)，輻射大小跟這些參數(shù)有關(guān)。

E：輻射發(fā)射強(qiáng)度

K：常數(shù)

I：噪聲電流

L：天線長(zhǎng)度

f：噪聲頻率

D：被測(cè)產(chǎn)品和測(cè)試天線的距離(EN55032輻射為3m或者10m)

從這個(gè)公式中可以看出，輻射大小跟噪聲電流、天線長(zhǎng)度、噪聲頻率成正比，而這個(gè)案例中LED的輻射，是這個(gè)模型的一個(gè)變形，具體如下：

這個(gè)案例中，時(shí)鐘走線125MHz的噪聲通過(guò)分布電容耦合到了LED走線上，這個(gè)電容只有幾pF，所以對(duì)于低頻來(lái)說(shuō)，阻抗很大，對(duì)于高頻來(lái)說(shuō)，阻抗卻很小，所以高頻噪聲(500-900MHz范圍的倍頻)更容易耦合到LED走線上，從而輻射出去。

在LED走線L不能縮短、頻率f固定125MHz的情況下，只能考慮減小LED走線上的噪聲電流I，減小這個(gè)電流的方法有兩個(gè)：1.增大走線分布電容C，就需要把LED走線和125MHz的CLK線分開(kāi)，增加走線間隔，或者走線中間包地隔離;2.在LED走線源頭做濾波，電容或者磁珠都有比較好的效果。

原文標(biāo)題：高頻輻射超標(biāo)的終極原因

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審核編輯：湯梓紅