晶振为什么不能放置在PCB边缘?

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晶振为什么不能放置在PCB边缘?
发布日期:2022-11-18 12:21    点击次数:94

问题描述

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、144MH、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:

02

辐射源头分析

该产品只有一块PCB,其上有一个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。

通过排除发现去掉摄像头后,超标点依然存在,而通过屏蔽12MZH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:

03

辐射产生的原理

从PCB布局可以看出,12MHZ的晶体正好布置在了PCB边缘,当产品放置与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接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:

▲ PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

▲ 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PUB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,分布到参考接地板去的电场大大减小,导致辐射发射就降低了。

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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。

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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。



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