【導(dǎo)讀】熟悉電磁兼容設(shè)計的工程師都知道，設(shè)計好時鐘電路是保證達(dá)到系統(tǒng)輻射指標(biāo)的關(guān)鍵，時鐘電路EMC設(shè)計的好壞直接影響整個系統(tǒng)的性能。對于經(jīng)驗豐富的工程師來說，在數(shù)字系統(tǒng)中有許多種方法可用于解決電磁干擾問題。
我們都知道時鐘源可以通過兩種方式產(chǎn)生電磁干擾。同步時鐘的重復(fù)特性以及沒有正確端接的線路都會產(chǎn)生電磁干擾。時鐘的能量是通過天線輻射進(jìn)入電磁場的。這里指的天線包括各種形式：PCB線路、PCB返工線、未經(jīng)充分屏蔽的元件、連接器、纜線(屏蔽或非屏蔽)以及未正確接地的設(shè)備等。在高速數(shù)字系統(tǒng)中，固定頻率的時鐘是主要的電磁干擾源。這是因為，這些時鐘總是在一個固定的頻率下工作，這將使能量增加到更高的級別。而非重復(fù)性信號或是異步信號不會產(chǎn)生如此多的電磁干擾。隨著更高的數(shù)據(jù)速率要求更快的時鐘頻率，信號的邊沿率(即上升時間和下降時間)也隨之提高。較快的邊沿率將使輻射信號的能量級別增加更多。導(dǎo)致電磁干擾的第二個原因是時鐘線路沒有正確端接。阻抗不匹配將會導(dǎo)致線路信號出現(xiàn)正向或負(fù)向的過沖，在這種情況下輻射能量將會增加，增加的幅度取決于正負(fù)向過沖的嚴(yán)重程度。如果嚴(yán)重的過沖導(dǎo)致了十到二十個節(jié)點，可能就無法通過FCC符合標(biāo)準(zhǔn)測試。
對于經(jīng)驗豐富的工程師來說，在數(shù)字系統(tǒng)中有許多種方法可用于解決電磁干擾問題。設(shè)計者可以選擇屏蔽設(shè)計、信號過濾或是消除干擾源能量的方法來解決問題，這些方案可以單獨(dú)使用，也可以和其他方案配合使用。第一種方法為屏蔽，這并不是一種電氣解決方案，而只能稱得上是一種機(jī)械上的執(zhí)行方案。屏蔽是采用金屬包裝的方式將元器件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散。過去經(jīng)常采用屏蔽方案，但是有時這種方案的成本較高；而且對于發(fā)熱量比較大的電路系統(tǒng)，加上屏蔽盒會影響散熱，沒有良好的散熱這對產(chǎn)品來說是非常致命的，過熱甚至?xí)p傷器件或系統(tǒng)。還有，一旦在產(chǎn)品發(fā)布之前發(fā)現(xiàn)電磁干擾問題，如果采用屏蔽方案，屏蔽盒的安裝將成為一個難題。其他兩種方法為濾波和降低功率都是采用將產(chǎn)生電磁干擾輻射的線路隔離的方法。為了確定究竟是哪一條或是哪幾條線路導(dǎo)致了電磁干擾，應(yīng)進(jìn)行消聲室測試或是電磁干擾仿真。測試得到的輻射報告將確定在哪些頻率上的電磁干擾超標(biāo)，這些頻率通常被稱為干擾點。一旦確定了這些頻率(以及其諧波頻率)，就可找到導(dǎo)致干擾的時鐘線路，這里可以從時鐘信號是否端接、時鐘驅(qū)動器的選擇、時鐘驅(qū)動器的選擇、降低時鐘邊沿轉(zhuǎn)換率來考慮。
因此針對時鐘電路的EMC設(shè)計，我們提出了如下的建議。由于目前已有許多以機(jī)械結(jié)構(gòu)或是改變電路布局方式的電磁波干擾防治解決方案，但是這些解決方案都耗時費(fèi)事，若能在電路設(shè)計上的小細(xì)節(jié)多加留意，就可以有效地預(yù)防電磁波噪聲的產(chǎn)生。時鐘信號若是沒有被正確的端接，或是時鐘器件具有快速的瞬時特性，都會產(chǎn)生大量的電磁波噪聲。若要控制電磁波噪聲的產(chǎn)生，必須考慮下列幾項原則：正確的端接所有的時鐘信號；盡量采用邊緣上升速率較低的時鐘緩沖器件；在時鐘線路中采用濾波電容；在高速的電路中采用時鐘擴(kuò)頻技術(shù)。
除了以上運(yùn)用的方法，我們還可以用一些措施來減小時鐘電路以及時鐘線路的電磁輻射，如時鐘信號走線長度盡可能短，線寬盡可能大，與其他線間距盡可能大，緊靠器件布局布線，必要時可以走內(nèi)層；時鐘產(chǎn)生器盡量靠近使用該時鐘的器件。在某些情況下，可以采取對時鐘線路添加保護(hù)性線路，即在時鐘線兩邊鋪設(shè)兩條接地線進(jìn)行屏蔽。時鐘電路和高頻電路是主要的干擾和輻射源，一定要單獨(dú)安排、遠(yuǎn)離敏感電路。時鐘輸出布線時不要采用向多個器件直接串行地連接(稱為菊花式連接)；而應(yīng)該經(jīng)時鐘緩沖器分發(fā)后向多個器件直接提供時鐘信號。石英晶體下面以及對噪聲敏感的器件下面不要走線，且石英晶體振蕩器外殼要接地。時鐘線要嚴(yán)格地控制阻抗，如果能從內(nèi)層走線則最好(可減小干擾)，盡量少用過孔。保證時鐘信號返回路徑的完整性，使信號返回路徑的環(huán)路面積最小，減小電磁輻射。各類時鐘IC芯片的接地引腳要就近接地。只要在電路設(shè)計上遵守這些簡單的規(guī)則，就可以最低的成本和最短的時間內(nèi)有效地控制電磁波輻射，提高產(chǎn)品的競爭力。
