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【实例分析】晶振为什么不能放置在PCB边缘？

2020-06-22 14:14

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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、144MHz、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：

图1：辐射测试数据

1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12MHz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：

图2：PCB布局图

1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，当产品放置于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：

图3：PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图

图4：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，分布到参考接地板的电场大大减小，导致辐射发射就降低了。

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。

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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