產(chǎn)品輻射發(fā)射超標原因分析-電源地平面分割不合理

電源地平面分割不合理

在測試的時(shí)候，電源地的分割問(wèn)題也是*容易出問(wèn)題的地方之一。電源地平面地分割問(wèn)題是PCB EMC設計中存在地老問(wèn)題，不同的工程師有不同的看法，甚至到現在也沒(méi)有達成統一。目前存在兩種意見(jiàn)：

觀(guān)點(diǎn)一： 隔離信號地系統

單板的GND是個(gè)獨立的系統，不和PGND發(fā)生聯(lián)系，與設備內部形成閉環(huán)系統，只通過(guò)DC/DC與外部相連。板上地PGND是結構在背板、單板上的延伸，用于屏蔽、防護器件的能量泄放、防靜電。BGND是-48的回流線(xiàn)，出于**考慮，BGND要和結構外殼連接，單點(diǎn)連接即可，通常在電源單元進(jìn)設備的入口處，或者設備的供電柜上作BGND和PGND短接。

GND作為數字信號的回流地，主要是同低壓電源發(fā)生能量傳遞關(guān)系，其**電位并不會(huì )影響工作狀態(tài)，重要的是與電源之間產(chǎn)生穩定的電位差給器件工作。因而出于擔心GND上面存在干擾電平或者**電位與機殼不一致而將其連接起來(lái)的做法理由并不充分。業(yè)內現階段流行GND與機架連接的目的是遏制GND上的高頻噪聲。

GND和相應的電源作為一個(gè)隔離的系統，不會(huì )產(chǎn)生靜電積累問(wèn)題。靜電積累是有前提條件，首先要有物質(zhì)之間的相互摩擦；其次這種摩擦能夠導致大量的電荷轉移；第三，能夠引起靜電積累材料的往往都是絕緣的非金屬，因為這些物質(zhì)自身不能同空氣發(fā)生緩慢的放電過(guò)程，金屬和其它導電物質(zhì)具備向空氣緩慢放電地特質(zhì)，因此它們不易產(chǎn)生靜電積累。只要將GND完全隔離，避免使其和外界發(fā)生摩擦，就沒(méi)有必要給GND接電阻到結構以泄放靜電電荷。   

經(jīng)典案例—48V電源地受信號地耦合造成干擾

某基帶框在RE測試時(shí)發(fā)現在頻點(diǎn)32.76MHZ處輻射較高，準峰值為53.8dB超過(guò)CLASS A限值近4dB，結果如下圖所示：

在定位過(guò)程中發(fā)現，主控板不插在槽位的時(shí)候輻射就消失，只要主控板一插上無(wú)論其它單板如何配置，該點(diǎn)得輻射均存在。過(guò)程中還發(fā)現在電源線(xiàn)上串上磁環(huán)，該點(diǎn)的輻射也消失。

為了確定輻射源的耦合途徑,首先對背板和主控板的PCB進(jìn)行了詳細的審查，發(fā)現

1、cellbus時(shí)鐘走線(xiàn)是采用兩端匹配的方式，通過(guò)上拉電阻匹配到VTT層，原理圖如下：

2、VTT和-48V、-48V_GND的電源平面有大面積的重合。

如果VTT濾波電容選擇不合理，可能會(huì )把干擾傳入VTT層，而VTT層與－48V電源層在主控板上有大面積的重合，－48V電源層很有可能被耦合到干擾。

*后經(jīng)過(guò)定位確認正是VTT電源層受到CELLBUS的影響后，對－48V電源層耦合，然后通過(guò)電源線(xiàn)對外輻射造成超標。  

其它輻射超標的原因

輻射發(fā)射測試通不過(guò)的時(shí)候，很多測試人員喜歡從PCB上分析超標的原因。除了PCB布局、布線(xiàn)外，PCB上的一些電路設計對于輻射發(fā)射也會(huì )起到?jīng)Q定性的作用。

1  這種電路首推時(shí)鐘線(xiàn)匹配電路。時(shí)鐘信號的上升沿是決定對外輻射的一個(gè)重要因素，而匹配電路直接能夠決定時(shí)鐘的信號質(zhì)量。譬如對于始端匹配的時(shí)鐘電路，始端串連的電阻選擇不當或者較小可能會(huì )造成時(shí)鐘線(xiàn)上干擾較大。

2 去耦電路。電源管腳上面的去耦電路也是影響RE的一個(gè)重要因素。

3 其它不合理的電路。

經(jīng)典案例—— PGND－GND跨接電容造成輻射超標

數通某產(chǎn)品在RE測試時(shí)，165MHz不滿(mǎn)足Class A裕量要求，測試結果如下：

查看單板布局，發(fā)現地分割處布局如下圖：

由于單板的總線(xiàn)頻率為33MHz，165MHz恰為33MHz的5倍頻，分析干擾可能是從GND耦合到PGND，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)驅動(dòng)，從而導致輻射超標。從上圖可以看到跨接電容不是兩個(gè)管腳直接跨接在PGND和GND之間，而是從GND引線(xiàn)到PGND，然后再接跨接電容，因此懷疑是這段走線(xiàn)將干擾耦合到了PGND，使跨接電容沒(méi)有起到作用。將該走線(xiàn)刮斷，重新測試，測試結果如下：

165Mhz頻點(diǎn)基本消失，為了確認電容跨接在地分割上，是否和割斷有同樣的效果，把電容跨接在地分割上重新測試，發(fā)現結果是仍然超標。

這個(gè)案例說(shuō)明，GND和PGND之間的電容連接有時(shí)候會(huì )導致GND上面的干擾耦合到PGND上面去，在PGND上面造成干擾，然后通過(guò)電纜輻射出去，導致輻射超標。