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晶振倍频率干扰的解决方法
深圳扬兴科技有限公司
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晶振倍频干扰(即高次谐波辐射)是电磁兼容(EMC)设计中非常棘手的问题,通常表现为在25MHz基频的5次、7次谐波处(如125MHz, 175MHz等)出现辐射超标。这通常是因为晶振输出的方波信号含有丰富的谐波成分,加上PCB布局不当,使其变成了高效的辐射天线。

建议从源头抑制、路径切断到电路优化等以下几个方面解决:

一、优化PCB布局与布线(成本最低,最常用)

这是解决辐射问题的第一步,很多时候仅仅通过改板就能解决大部分问题。

  1. 包地处理(Guard Ring): 使用GND网络环绕晶振的信号线(特别是输出端),并在周围打一排接地过孔(Via)。这能切断信号向外辐射的路径,相当于给信号线加了一道围墙
  2. 缩短走线长度: 晶振输出引脚到主芯片的走线必须尽可能短且直,避免走线过长形成天线效应辐射噪声。
  3. 底层挖空与铺地:

贴片晶振正下方的PCB层(尤其是表层)不能走其他信号线,最好将晶振下方的参考层(如地平面)进行适当的挖空处理,或者确保有完整的地平面作为回流路径。

如果晶振外壳需要接地,必须确保接地引脚与地平面的低阻抗连接。

  1. 远离敏感信号: 晶振走线应远离USB、网口、射频等高速或敏感信号线,防止串扰。

二、增加吸收与滤波电路(硬件整改)

如果改板来不及,或者需要进一步降低辐射,可以在电路中增加元件。

  1. 串联电阻/磁珠: 在晶振输出引脚串联一个33Ω的小电阻(靠近晶振放置),可以抑制高频谐波的振荡,减小信号边沿的过冲和振铃,从而降低EMI
  2. RC吸收电路: 在晶振输入/输出引脚对地增加一个RC低通滤波网络(例如串联10100Ω电阻,对地并联10100pF电容),可以吸收特定频段的谐振能量。
  3. 电源滤波: 在晶振的电源引脚(VCC)处,必须放置去耦电容(通常为0.1μF陶瓷电容),且电容要尽量靠近电源引脚。这能滤除电源线上的高频噪声,防止噪声通过电源线辐射。

三、更换晶振类型(源头治理)

如果电路板已经定型,无法修改走线,更换晶振型号是直接有效的办法。

  1. 展频晶振(Spread Spectrum): 这种晶振通过微小的频率调制,将原本集中在单一频点的能量分散到一个频带范围内,从而大幅降低峰值辐射功率(通常可降低10dB以上)。

  1. 有源晶振(带使能端): 相比无源晶振,有源晶振输出波形质量更好(通常是方波或 clipped sine wave),且驱动能力强,受外围电路影响小,辐射特性通常优于无源晶振。
  2. 选择低EMI型号: 选购时关注晶振的相位噪声和谐波抑制指标,低相位噪声的晶振通常谐波能量也较低。

四、屏蔽与隔离(物理手段)

作为最后的大招,适用于辐射非常严重的场景。

  1. 加屏蔽罩: 使用金属屏蔽罩(Can)将整个晶振及其电路罩住,并确保屏蔽罩与PCB地平面有良好的低阻抗连接(四周打满过孔)。
  2. 单点接地: 对于无源晶振,确保其两个引脚的接地设计合理,避免地环路引入噪声。

总之建议你先检查PCB上晶振周围是否做了包地处理,这是最容易被忽视但效果最好的方法。如果不行,再尝试在输出端串联一个小电阻。


 

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