“亿”招搞定奇怪频点超标问题
发布日期:2023-12-07
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作者：韦雪梅、方新杰
一. 前言
在高速发展的数字化时代，电路中的时钟信号频率也越来越高，由于时钟信号在频谱上表现为能量集中的窄带频谱，这常常给我们的产品过EMI测试带来极大的困扰。除此之外，电路上还可能存在一些预期以外的类时钟干扰，在频谱上表现为窄带峰值，令人不知所措。本期小编将和大家一起来探讨如何应对电路中那些奇怪的类时钟频率辐射问题。
二. 案例介绍
客户的产品为一个显示屏驱动电路，通过将主控传输过来的高速串行信号进行解码，再传送到显示屏。主要模块分为三部分，一个是背光升压模块，用于给背光供电，开关频率为2.2MHz，一个是降压模块，给解串IC供电，开关频率为500KHz，另一个是信号解串模块，解串后输出LVDS时钟频率为48MHz。简单电路框架如下：
三. 整改过程回顾
3.1.测试数据
从上面的数据中可以看到，出现了10MHz间隔的频率点，并且在154MHz频点处超标。
3.2.分析
纵观整个电路板，开关电源PWM频率分别为500KHz和2.2MHz，解串芯片输出时钟为48MHz，并不存在10MHz或者相关整数倍的频率。
猜想1：这个频率可能是主控那边的，因为测试的时候主控也在工作，且处在同个暗室内进行测试；
猜想2：这个频率就是驱动电路这边的，可能是芯片内部工作时产生的时钟，通过某种路径对外辐射。
针对猜想1：通过将主控部分放到屏蔽箱，同时在主控信号线和电源线增加磁环滤波测试，将主控可能的空间辐射和线束辐射路径堵住，测试后发现对应频点没有改善，说明问题不在主控部分。
针对猜想2：将驱动电路板的电源断开，频点消失，说明该频点存在于驱动电路板。
3.3. 问题定位与对策
通过分析，可以定位到问题点存在于驱动电路板，接下来需要确认是哪个模块造成的问题。
猜想1：背光模块
猜想2：降压模块
猜想3：解串IC
由于有三个模块，我们需要逐一排查，排查的手段有三种：
（1）找对应芯片手册，看是否有提及相关频率；
（2）用频谱仪进行问题定位；
（3）将模块逐个断开进行验证。
用第一种方法查规格书并没有找到相关频点，第二种方法是最便捷的，但由于手头没有频谱仪，只能采用第三种方法排查问题。
优先处理背光模块，因为背光模块不影响另外两个模块的工作。第一步，把背光使能脚下拉，无效；第二步，为了彻底将背光模块关闭，将背光输入电源断开，频点消失。
现在我们可以锁定问题点就是背光模块，虽然不知道芯片内部的运作模式，但我们可以通过外围滤波，抑制噪声辐射。下面是升压芯片的推荐电路图：
由于没办法确定具体哪个引脚有噪声，所以我们先针对那些走线长的引脚以及做滤波也不会影响功能的引脚做处理，如LED负极走线和LDO输出引脚，实际操作中，我们针对LDO输出引脚加了1nF电容滤波，对LED负极引脚加了磁珠和电容的二级滤波，效果明显。整改后数据如下：
可以看到，之前的134MHz，144MHz，154MHz频点已经不明显。
四. 总结
时钟问题是EMC领域非常令人头大的问题之一，处理时钟问题需要关注时钟信号源头，时钟倍频，可能的辐射路径，耦合路径等，做到心中有数。有时候我们不得不面对一些奇怪的频率点，单纯从电路上没办法知道源头在哪里，这种时候更需要冷静地排查，整改EMC问题，需要的不正是细心与耐心吗？
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