解析控制板级时钟分配期间出现的EMI

 

　　今天，我们来谈谈所有电子系统都存在的一种常见问题--电磁干扰也即EMI,并侧重讨论时钟的影响。

　　EMI是ElectroMagneticInterference的缩写，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

　　由于两个原因，时钟信号常归咎于EMI.即使时钟低频率运行，较好的时钟上升/下降沿也包含大量的奇次谐波，其在更高频率时会引起EMI.另外，时钟通常会在板上传播一段较长的距离，从而更可能给其他组件带来干扰。通常，EMI可通过频谱分析仪测量，如图1所示。图中，绿色信号存在一些超出红色FCC屏蔽的频率分量（300MHz、400MHz和500MHz等）。

 

图 1 板级 EMI 测量实例

　　控制时钟引起EMI的一些方法都基于上述两种方式：屏蔽、去耦、精心布局，以及改变时钟源特性。

　　屏蔽方法使用导体将EMI彻底包起来接地。利用这种方法，电磁能量被控制在系统内部。另外，它还使外部信号更难以将EMI带入系统。这种方法对传导性EMI和辐射性EMI都有效。一般而言，这种方法在保护系统的敏感部件时成本较高，并且占用空间。高频时效果较好。在100MHz以下时钟频率或边缘速率情况下，EMI自屏蔽层以上时钟信号耦合，而屏蔽层本身也产生辐射。这种情况下，屏蔽的效果极其有限。一种解决方法是使用RF线圈。

　　大多数情况下，较好的去耦和精心的布局比屏蔽方法更能减少传导性EMI.

　　简单的讲就是需能（电）源的器件叫有源器件。有源器件一般用来信号的放大、转换等。有源器件（activedevices,被动元件），是一种电子元件，需要能量来实行他特定的功能。有源器件的基本定义：如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。

　　在每个有源器件（尽可能靠近器件连接电源或接地）上安装旁路或者"去耦"电容有助于引导时钟或任何其他高频信号组件直接接地，而非干扰其他信号。至少用两个数量级，交替这些旁路电容器的值。如果可能，选择表面贴装类型。在板上给去耦组件一个占位器（positionholder）一直都是一个不错的办法。

　　就您的布局而言，基本原则是让接地返回路径短一些，并化信号环路。使用较短的过孔组件线。尽可能地靠近PCB贴装组件，并将与时钟线迹相关的所有组件都靠近放置在一起。如果可以的话，请使用差分信号。实事证明，使用一个专用接地层和多层布局较为高效。但是，这会增加电路板成本。对于一些如便携式系统等成本敏感型设计而言，这样做并不可取。这些情况下，改变时钟信号本身可有效地减少EMI源，同时更便宜，也更灵活。

　　一种方法是减少信号摆动来降低峰值能量。增加串联电阻减慢时钟上升/下降沿，从而减少谐波。另一种普遍使用的方法是使用扩频时钟（SSC），有意将时钟能量传播至更宽的频带，这样便使峰值能量降低。这种SSC功能被集成到大多数我们的时钟器件中。下次，我们将对其做更详细的讨论。

　　降低摆动或使用边缘控制的缺点是使时钟的抗噪性变差。使用SSC增加了时钟的抖动。就消费类电子产品而言，通常较少关注这些。但是，对于一些高应用而言，这些方法通常不是的方法。

　　结论

　　总之，降低EMI方法的选择涉及您的应用、时钟频率和成本/性能考虑等诸多方面。一般而言，它是所有上述方法的综合。