2024|14

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晶振为什么不能放置在PCB边缘?用实际案例来解释! [复制链接]

 

晶振在布局时,一般是不能放置在PCB边缘的,今天以一个实际案例讲解。

 

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:

 

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图1:辐射测试数据

 

 

01辐射源头分析

该产品只有一块PCB,板子上有一个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。

通过排除法,发现去掉摄像头后,超标点依然存在,而通过屏蔽12MHz晶体,超标点有降低,由此判断144MHz超标点与晶体有关,PCB布局如下:

 

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图2:PCB布局图

 

 

02辐射产生原理

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,被测产品的高速器件与实验室中参考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中间时电场分布如下:

 

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图3:PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

 

 

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图4:PCB中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

 

 

从图中可以看出,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,分布到参考接地板的电场大大减小,导致辐射发射就降低了。

 

03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,从图可以看出,辐射发射有了明显改善。

111111.jpg

 

04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。

此帖出自PCB设计论坛

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不错


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说服力拉满,之前只知道看别人怎么摆就怎么摆,没具体探究过里面的原理,这次学习了。


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五彩晶圆(中级)

学习了,干货满满。

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纯净的硅(中级)

测试参考接地板是否可以跟PCB地接一起测试呢

另外,一般会有设计地环路,防止PCB上的器件辐射发射并提高产品的抗扰度


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谢谢分享!


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学习了


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纯净的硅(初级)

问题同上。

我们使用过一个英国著名厂商的设备,因为是裸板购买,检测没有问题。

安装时发现,晶振不稳定,大部分组装后没有问题,有的“返修”后正常,但问题出在晶振布置在PCB边缘,经常表现为周围螺丝的松紧或天气潮湿出现问题,部分返厂后,老外建议:PCB需要垫很厚的绝缘(距离)才能基本消除这个问题。

但实际问题时PCB设计问题。

 

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所以PCB设计还是有很多地方需要注意的!  详情 回复 发表于 2021-12-10 16:47
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Gen_X 发表于 2021-12-10 16:01 问题同上。 我们使用过一个英国著名厂商的设备,因为是裸板购买,检测没有问题。 安装时发现,晶振不 ...

所以PCB设计还是有很多地方需要注意的!

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就是! 有时晶振的位置核稳定性比单片机本身或前向电路的重要性更大, 是单片机系统的“心脏”,相当的重要!  详情 回复 发表于 2021-12-12 12:43

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一粒金砂(中级)

如果是有源晶振,则已有屏蔽,对于无源晶振,启振电路都要屏蔽好。无论有源晶振还是无源晶振,输出线一定要屏蔽好!


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纯净的硅(初级)

wangerxian 发表于 2021-12-10 16:47 所以PCB设计还是有很多地方需要注意的!

就是!

有时晶振的位置核稳定性比单片机本身或前向电路的重要性更大,

是单片机系统的“心脏”,相当的重要!

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چوآن


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一粒金砂(中级)

正需要这方面的知识, 感谢分享,讲得非常好,楼主辛苦了!


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