時鐘EMI超標的原因及解決辦法

電子產品多功能化、高速化、小型化的發展，意味著對內部時鐘頻率的要求將越來越高。因為時鐘信號是周期信號，所以在頻域上的能量是集中在某個頻率上的，這也就造成了時鐘EMI測試超標的問題。

在此，講述一個時鐘EMI超標的重要原因：時鐘信號的回流路徑設計不合理。對于時鐘而言，回路面積越小，輻射就越??！

1 經典實驗

讓我們先看一個經典的實驗：

實驗裝置：同軸電纜的一端接信號發生器，頻率可變；另一端接50Ω電阻負載。同軸電纜的兩端外皮（金屬編織層）用一根短粗的銅線連接起來，銅線的電阻和電感都很小。在銅線上套一個電流卡鉗，用示波器監視銅線中電流的大小。

實驗過程：將信號源的頻率從低往高調，觀察銅線中電流的變化。

實驗結果：當頻率低于1kHz時，電流幾乎全部走銅線，當頻率高于10MHz時，電流幾乎全部同軸電纜的外屏蔽層，1kHz 和10MHz 之間，兩個路徑都有。

實驗結論：高頻電流總是走電感最小的路徑，也就是回路面積最小的路徑。因為回路電感L = F / I （F是磁通量，I是回路電流），而磁通量跟回路面積成正比，所以回路面積小，回路電感也就小。

2 經典整改案例

這是一個儀表盤的案例，兩層板，其架構如下圖，儀表盤屏時鐘從MCU出來，經過PCB走線到FPC插座，然后經過FPC到屏。

下圖左邊紅色為屏時鐘走線，理論上PCB中的時鐘回流是緊貼著紅色時鐘走線，也就是按照黃色虛線回流，但實際上，從右邊PCB圖中我們可以看到，高亮部分是地，而紅色時鐘線附近的地并不完整，中間有一段是分割的，所以會導致時鐘回流的時候尋找其他路徑返回源端（黃色虛線），增大了時鐘的回路面積，加強了輻射。

整改對策：用導線將分割的地連接起來，使屏時鐘回流地完整。

整改前后測試對比：

從測試結果可以看出來，整改只是加了一根普通的導線，但是EMI下降卻非常明顯，這體現了時鐘回路面積的重要性。

所以，設計PCB時，一定要注意減小高頻信號的回路面積！
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