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合理的晶振布局可以抑制系统辐射干扰
一、问题描述
该产品为野外摄像机,内分核心控制板、sensor 板、摄像头、SD 存储卡和电池五部分组成,外壳为塑胶壳,小板仅有两个接口:DC5V 外接电源接口和数据传输的USB 接口。经过辐射测试发现有33MHz 左右的谐波杂讯辐射问题。
原始测试数据如下:
二、分析问题
该产品外壳结构塑胶外壳,是非屏蔽材料,整机测试只有电源线和USB 线引出壳体,难道干扰频点是由电源线和USB 线辐射出来的吗?故分别作了一下几步测试:
( 1 ) 仅在电源线上加磁环,测试结果:改善不明显;
( 2 ) 仅在USB 线上加磁环,测试结果:改善仍然不明显;
( 3 ) 在USB 线和电源线都加磁环,测试结果:改善较明显,干扰频点整体有所下降。
从上可得,干扰频点是从两个接口带出来的,并非是电源接口或USB 接口的问题,而是内部干扰频点耦合到这两个接口所导致的,仅屏蔽某一接口不能解决问题。
经过近场量测发现,干扰频点来之于核心控制板的一个32.768KHz 的晶振,产生很强的空间辐射,使得周围的走线和GND 都耦合了32.768KHz 谐波杂讯,再通过接口USB 线和电源线耦合辐射出来。而该晶振的问题在于以下两点问题所导致的:
( 1 ) 晶振距离板边太近,易导致晶振辐射杂讯。
( 2 ) 晶振下方有布信号线,,这易导致信号线耦合晶振的谐波杂讯。
( 3 ) 滤波器件放在晶振下方,且滤波电容与匹配电阻未按照信号流向排布,使得滤波器件的滤波效果变差。
三、解决对策
根据分析得出以下对策:
(1)晶体的滤波电容与匹配电阻靠近CPU 芯片优先放置,远离板边;
(2)切记不能在晶体摆放区域和下方投影区内布地;
(3)晶体的滤波电容与匹配电阻按照信号流向排布,且靠近晶体摆放整齐紧凑;
(4)晶体靠近芯片处摆放,两者间的走线尽量短而直。
可以参考如下图布局方式:
经整改后,样机测试结果如下:
四、结论
现今很多系统晶振现今很多系统晶振时钟频率高,干扰谐波能量强;干扰谐波除了从其输入与输出两条走线传导出来,还会从空间辐射出来,若布局不合理,容易造成很强的杂讯辐射问题,而且很难通过其他方法来解决,因此在PCB 板布局时对晶振和CLK 信号线布局非常重要。
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