“億”招搞定奇怪頻點(diǎn)超標(biāo)問題
發(fā)布日期:2023-12-07
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作者：韋雪梅、方新杰
一. 前言
在高速發(fā)展的數(shù)字化時代，電路中的時鐘信號頻率也越來越高，由于時鐘信號在頻譜上表現(xiàn)為能量集中的窄帶頻譜，這常常給我們的產(chǎn)品過EMI測試帶來極大的困擾。除此之外，電路上還可能存在一些預(yù)期以外的類時鐘干擾，在頻譜上表現(xiàn)為窄帶峰值，令人不知所措。本期小編將和大家一起來探討如何應(yīng)對電路中那些奇怪的類時鐘頻率輻射問題。
二. 案例介紹
客戶的產(chǎn)品為一個顯示屏驅(qū)動電路，通過將主控傳輸過來的高速串行信號進(jìn)行解碼，再傳送到顯示屏。主要模塊分為三部分，一個是背光升壓模塊，用于給背光供電，開關(guān)頻率為2.2MHz，一個是降壓模塊，給解串IC供電，開關(guān)頻率為500KHz，另一個是信號解串模塊，解串后輸出LVDS時鐘頻率為48MHz。簡單電路框架如下：
三. 整改過程回顧
3.1.測試數(shù)據(jù)
從上面的數(shù)據(jù)中可以看到，出現(xiàn)了10MHz間隔的頻率點(diǎn)，并且在154MHz頻點(diǎn)處超標(biāo)。
3.2.分析
縱觀整個電路板，開關(guān)電源PWM頻率分別為500KHz和2.2MHz，解串芯片輸出時鐘為48MHz，并不存在10MHz或者相關(guān)整數(shù)倍的頻率。
猜想1：這個頻率可能是主控那邊的，因?yàn)闇y試的時候主控也在工作，且處在同個暗室內(nèi)進(jìn)行測試；
猜想2：這個頻率就是驅(qū)動電路這邊的，可能是芯片內(nèi)部工作時產(chǎn)生的時鐘，通過某種路徑對外輻射。
針對猜想1：通過將主控部分放到屏蔽箱，同時在主控信號線和電源線增加磁環(huán)濾波測試，將主控可能的空間輻射和線束輻射路徑堵住，測試后發(fā)現(xiàn)對應(yīng)頻點(diǎn)沒有改善，說明問題不在主控部分。
針對猜想2：將驅(qū)動電路板的電源斷開，頻點(diǎn)消失，說明該頻點(diǎn)存在于驅(qū)動電路板。
3.3. 問題定位與對策
通過分析，可以定位到問題點(diǎn)存在于驅(qū)動電路板，接下來需要確認(rèn)是哪個模塊造成的問題。
猜想1：背光模塊
猜想2：降壓模塊
猜想3：解串IC
由于有三個模塊，我們需要逐一排查，排查的手段有三種：
（1）找對應(yīng)芯片手冊，看是否有提及相關(guān)頻率；
（2）用頻譜儀進(jìn)行問題定位；
（3）將模塊逐個斷開進(jìn)行驗(yàn)證。
用第一種方法查規(guī)格書并沒有找到相關(guān)頻點(diǎn)，第二種方法是最便捷的，但由于手頭沒有頻譜儀，只能采用第三種方法排查問題。
優(yōu)先處理背光模塊，因?yàn)楸彻饽K不影響另外兩個模塊的工作。第一步，把背光使能腳下拉，無效；第二步，為了徹底將背光模塊關(guān)閉，將背光輸入電源斷開，頻點(diǎn)消失。
現(xiàn)在我們可以鎖定問題點(diǎn)就是背光模塊，雖然不知道芯片內(nèi)部的運(yùn)作模式，但我們可以通過外圍濾波，抑制噪聲輻射。下面是升壓芯片的推薦電路圖：
由于沒辦法確定具體哪個引腳有噪聲，所以我們先針對那些走線長的引腳以及做濾波也不會影響功能的引腳做處理，如LED負(fù)極走線和LDO輸出引腳，實(shí)際操作中，我們針對LDO輸出引腳加了1nF電容濾波，對LED負(fù)極引腳加了磁珠和電容的二級濾波，效果明顯。整改后數(shù)據(jù)如下：
可以看到，之前的134MHz，144MHz，154MHz頻點(diǎn)已經(jīng)不明顯。
四. 總結(jié)
時鐘問題是EMC領(lǐng)域非常令人頭大的問題之一，處理時鐘問題需要關(guān)注時鐘信號源頭，時鐘倍頻，可能的輻射路徑，耦合路徑等，做到心中有數(shù)。有時候我們不得不面對一些奇怪的頻率點(diǎn)，單純從電路上沒辦法知道源頭在哪里，這種時候更需要冷靜地排查，整改EMC問題，需要的不正是細(xì)心與耐心嗎？
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