輻射發射測試超標的整改案例

一產品簡介

某工控產品內部有電源、控制板、電源板三部分組成，輻射發射測試超標，測試標準為EN55032-Class B，具體產品和測試數據如下：

二測試數據分析

測試數據中，1、2、3、5這幾個超標點都是單支(窄帶干擾)，其頻率間隔是125MHz，所以是板子上125MHz時鐘的倍頻引起的超標。超標的頻率范圍是500-900MHz，屬于高頻范圍，而低頻幾乎沒有噪聲(125MHz，250MHz，375MHz并不超標，甚至沒有噪聲)，為什么呢?

三輻射超標的原因

125MHz的時鐘很容易找到，因為一個產品里的時鐘CLK是有限的，而且很多時候頻率各不相同，這個工控產品里所有的125MHz的時鐘如下圖所示：

產品的CPU(RK3399)和PHY芯片(RTL8211E)之間有三個125MHz的時鐘，到底是哪個引起的超標，或者三個都超標?

于是我用控制變量法逐個進行濾波，發現并沒有什么改善，甚至把三個125MHz時鐘走線從源頭割斷，噪聲并沒有降低，依舊超標。說明超標的噪聲跟這三個125MHz時鐘沒有直接的關系。

后來我把PHY芯片的25MHz無源晶體去掉，噪聲就徹底消失了。但這并不能說超標是25MHz晶體引起的，因為去掉晶體之后，PHY芯片也沒辦法正常工作了。不過這個措施基本可以確定噪聲是PHY芯片出來的，所以需要認真分析PHY芯片以及其PCB布局。于是我下載了PHY芯片的規格書，分析其可能存在的問題。

從上圖PHY芯片引腳分布圖中可以看出來，35號引腳(CLKOUT引腳)是PHY芯片給CPU提供的125MHz的參考時鐘，而34號引腳(LED2引腳)是連接到RJ45網口的指示燈。這兩個引腳靠的很近，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，而且周圍的地很不完整，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，那處理起來就很簡單了，在LED走線的源頭對地并聯1nF的電容，就會有很不錯的效果(超標頻率范圍為500-900MHz，濾波電容選擇100pF-1000pF都可以)，以下是加電容前后對比數據。

五思考

這個案例有一個特點，超標的是125MHz時鐘的倍頻，但是只有高頻超標(500-900MHz)，低頻卻沒有噪聲，為什么呢?

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

E：輻射發射強度

K：常數

I：噪聲電流

L：天線長度

f：噪聲頻率

D：被測產品和測試天線的距離(EN55032輻射為3m或者10m)

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

這個案例中，時鐘走線125MHz的噪聲通過分布電容耦合到了LED走線上，這個電容只有幾pF，所以對于低頻來說，阻抗很大，對于高頻來說，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，減小這個電流的方法有兩個：1.增大走線分布電容C，就需要把LED走線和125MHz的CLK線分開，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。

原文標題：高頻輻射超標的終極原因

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審核編輯：湯梓紅