PCB工程师总结：挑战PCB边缘的晶振布局

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一、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：
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, `! _( T2 m& K二、辐射源头分析
) [2 \* J( c7 p. x1 g, L. @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：
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0 }* a& T" }+ g$ b. G3 s! G( w三、辐射产生的原理
! Y; g$ W. j" W  M+ M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；
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9 X" K, q6 d9 c* Z( y6 m/ r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：


+ C0 F: L' X! g; v# O, q  wPCB 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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( O2 s: B2 C- J5 Z; |  S& L* XPCB 中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图
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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，分布到参考接地板去的电场大大减小，导致辐射发射就降低了。
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四、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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* h; t' M- i8 T. s8 A5 Q' v. e1 ]五、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。
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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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mengyijiu

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