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嘉峪檢測網 2025-03-26 08:18
一、EMC晶振電路設計與整改經驗
（一）電路設計階段
1. 合理選擇晶振參數
• 根據系統(tǒng)需求選擇合適的晶振頻率、負載電容、驅動能力等參數。例如，對于低功耗應用，應選擇低功耗型晶振；對于高頻應用，需考慮晶振的相位噪聲和抖動特性。選擇合適的晶振參數可以減少后續(xù)的EMC問題。
2. 優(yōu)化布局與走線
• 將晶振盡可能靠近芯片引腳放置，以減少信號傳輸路徑上的阻抗和干擾。晶振的走線應盡量短且直，避免過孔，因為過孔會引入寄生電感和電容，影響信號完整性。同時，晶振走線應遠離高速信號線和敏感的模擬信號線，防止信號之間的串擾。
• 在晶振周圍設置大面積的地平面，并在晶振下方及周圍區(qū)域避免走線，這樣可以為晶振提供良好的參考電位，減少電磁干擾。對于高頻晶振，還可以考慮在其周圍設置屏蔽罩，并將屏蔽罩接地，以進一步降低輻射。
3. 電源濾波與去耦
• 晶振的電源引腳需要有良好的濾波和去耦措施。在電源引腳處放置去耦電容，如0.1μF和10μF的電容并聯，且電容應盡量靠近晶振引腳。去耦電容的作用是濾除電源中的高頻噪聲，為晶振提供穩(wěn)定的電源電壓。此外，電源走線應盡量短且寬，以降低電源阻抗。
4. 匹配電容選擇
• 對于無源晶振，需要根據晶振規(guī)格書的要求選擇合適的諧振電容。負載電容的大小會影響晶振的起振頻率和穩(wěn)定性。如果負載電容過大，晶振的起振頻率會降低；如果負載電容過小，晶振可能無法正常起振。因此，需要精確計算并選擇合適的負載電容。
5. 增加阻尼電阻
• 在晶振的輸出端或輸入端串聯適當的電阻或磁珠，可以有效抑制振鈴和過沖信號。例如，在MOSFET的柵極串聯電阻，用于阻尼作用，減緩信號上升沿。這樣可以減少高頻信號的輻射，降低EMC問題的風險。
（二）整改階段
1. 測試與分析
• 在整改之前，需要對晶振電路進行全面的測試和分析。使用頻譜分析儀、示波器等設備，測量晶振的輸出信號頻率、幅度、相位噪聲、抖動等參數，以及其對周圍電路的電磁干擾情況。通過測試結果，確定晶振電路存在的EMC問題，如輻射超標、信號干擾等。
2. 針對性整改
• 根據測試分析結果，采取針對性的整改措施。例如，如果晶振的輻射超標，可以考慮增加屏蔽措施，如在晶振周圍設置金屬屏蔽罩，并將屏蔽罩接地；如果晶振的信號干擾其他電路，可以調整晶振的布局和走線，增加晶振與被干擾電路之間的距離，或者在晶振的輸出端串聯磁珠等濾波元件。
3. 驗證與優(yōu)化
• 整改完成后，需要對晶振電路進行再次測試和驗證，確保整改措施有效，EMC問題得到解決。如果測試結果仍然不理想，需要進一步分析原因，優(yōu)化整改措施。例如，調整屏蔽罩的接地方式、增加更多的去耦電容等，直到晶振電路滿足EMC要求。
二、晶振案例整改詳細流程分析
案例一：某通信設備晶振輻射超標整改
背景
某通信設備在EMC輻射發(fā)射測試中，發(fā)現晶振工作頻率附近的頻段輻射超標嚴重，導致設備無法通過認證。
整改前分析
經過初步分析，發(fā)現晶振的走線較長且未進行包地處理，晶振周圍沒有設置屏蔽罩，導致晶振信號輻射到周圍空間。
整改過程
1. 優(yōu)化走線與包地處理
• 將晶振的走線重新設計，使其盡可能短且直，并對晶振走線進行包地處理。在晶振走線的兩側和下方鋪設大面積的地平面，并打大量地孔，以降低走線的阻抗，減少信號輻射。
2. 增加屏蔽罩
• 為晶振設計并安裝一個金屬屏蔽罩，將晶振及其走線完全包裹起來。屏蔽罩采用良好的導電材料制成，并確保屏蔽罩與地平面可靠連接，形成良好的電磁屏蔽效果。
3. 驗證整改效果
• 完成整改后，重新進行EMC輻射發(fā)射測試。測試結果顯示，晶振工作頻率附近的頻段輻射水平顯著降低，設備順利通過了EMC認證。
案例二：某智能手表晶振電源噪聲干擾整改
背景
某智能手表在使用過程中，發(fā)現屏幕顯示出現閃爍現象，經排查發(fā)現是晶振電源噪聲干擾了屏幕驅動電路。
整改前分析
檢查晶振的電源電路，發(fā)現電源引腳處的去耦電容選型不合理，且電源走線較長，導致電源噪聲較大，進而影響了晶振的穩(wěn)定性，干擾了屏幕驅動電路。
整改過程
1. 優(yōu)化電源濾波
• 更換晶振電源引腳處的去耦電容，選擇合適的電容值，如0.1μF和10μF的電容并聯，并確保電容盡量靠近晶振引腳。同時，在電源輸入端增加一個LC濾波電路，以進一步濾除電源中的高頻噪聲。
2. 調整電源走線
• 重新設計電源走線，使其盡量短且寬，以降低電源阻抗。將電源走線與地平面緊密耦合，形成良好的電源分配網絡，減少電源噪聲的傳播。
3. 驗證整改效果
• 整改完成后，對智能手表進行功能測試和EMC測試。測試結果表明，屏幕閃爍現象消失，晶振的穩(wěn)定性得到提高，電源噪聲對屏幕驅動電路的干擾問題得到解決。
案例三：某醫(yī)療設備晶振負載電容不匹配整改
背景
某醫(yī)療設備在生產調試過程中，發(fā)現晶振無法正常起振，導致設備無法正常工作。
整改前分析
經過檢查晶振的電路參數，發(fā)現負載電容選擇不當，與晶振規(guī)格書的要求不符，導致晶振無法正常起振。
整改過程
1. 重新選擇負載電容
• 根據晶振規(guī)格書的要求，重新計算并選擇合適的負載電容。將晶振的負載電容調整為與規(guī)格書推薦值一致，并在晶振的輸出端并聯一個小電容，以進一步調整負載電容。
2. 驗證整改效果
• 調整負載電容后，晶振能夠正常起振，設備恢復正常工作。通過示波器測量晶振的輸出信號，確認信號的頻率、幅度和穩(wěn)定性均符合要求。
案例四：某工業(yè)控制器晶振信號干擾模擬電路整改
背景
某工業(yè)控制器在運行過程中，發(fā)現模擬信號采集部分出現噪聲和失真，經排查是晶振的時鐘信號干擾了模擬電路。
整改前分析
檢查晶振的布局和走線，發(fā)現晶振與模擬電路的距離較近，且晶振走線與其他信號線之間的間距不足，導致信號之間的串擾。
整改過程
1. 調整布局與走線
• 將晶振重新布局，使其與模擬電路保持足夠的距離。重新設計晶振走線，增加晶振走線與其他信號線之間的間距，避免信號之間的串擾。
2. 增加屏蔽措施
• 在晶振周圍設置金屬屏蔽罩，并將屏蔽罩接地。屏蔽罩可以有效隔離晶振信號對模擬電路的干擾。
3. 驗證整改效果
• 整改完成后，對工業(yè)控制器進行功能測試和信號質量測試。測試結果表明，模擬信號的噪聲和失真問題得到顯著改善，設備運行穩(wěn)定。
來源：Internet
