PCB工程师总结：挑战PCB边缘的晶振布局

piday123

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：


4 v/ Y8 A% ^0 `5 m
二、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；
4 ?& c( P( _9 G) G
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：
9 i1 e% f. p: x0 {


三、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；

- h0 t" x! _9 p9 D2 t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：


3 d- ~; p; p! s5 ]: M! ~PCB 边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

* B) A1 d# s" i# P
8 ~. {* T) \" [2 R7 g' Z; \/ JPCB 中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图
8 q8 Y# f$ m9 f! s! S
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。
4 Z+ y/ V, h* }- U: x- W
( g% w( N% W3 B6 L' o4 }! n四、处理措施
9 A5 f2 M& l6 |) S& V1 z8 I3 v% X7 ?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。
' U2 d0 e9 m$ t* H


/ W# d( l& z' I0 w五、思考与启示
3 c, L( G4 [; ?6 D+ g; s% r( o1 u6 D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。

/ e$ n+ H0 r  e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。
" S" L, P" y. \$ E

ExxNEN

挑战PCB边缘的晶振布局

joevinchou

good!!

Signal_Lout

过来学习学习

wu6886

看看!!!!!!!!!!!!!!!!!
8 O$ R% x3 g' Z; F

xyd82

不错的案例， 很好的反面教材

xyd82

PCB 上晶振的位置最好标一下， 看不出来

xiaogegepcb

这篇文章太给力，我要支持

13971169725

以前看过这个案例，很有代表性