時(shí)鐘信號(hào)展頻技術(shù)解決某產(chǎn)品輻射超標(biāo)案例
01 問題描述
某攝像頭在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試時(shí)，結(jié)果在100MHz-300MHz之間超標(biāo)，最大超標(biāo)約10dB，實(shí)驗(yàn)不通過，如圖1所示。
圖1 30MHz～1GHz輻射頻譜
02 原因分析
從圖1可以看出，超標(biāo)的頻點(diǎn)為一系列窄帶脈沖，非常有規(guī)律，懷疑為周期時(shí)鐘信號(hào)的干擾，攝像頭硬件電路框圖如圖2所示。
圖2 攝像頭硬件電路框圖
從圖2可以看出，攝像頭硬件接口包括兩路時(shí)鐘，PCLK像素時(shí)鐘（下行時(shí)鐘）和MCLK系統(tǒng)時(shí)鐘（上行時(shí)鐘），PCLK時(shí)鐘在攝像頭傳送數(shù)據(jù)時(shí)，為數(shù)據(jù)提供同步信號(hào)，MCLK時(shí)鐘由主控芯片提供，保證攝像頭正常工作。其中，PCLK時(shí)鐘頻率為48MHz，MCLK時(shí)鐘頻率為24MHz。
從圖1可以看出，輻射超標(biāo)的頻率為24MHz和48MHz的諧波，因?yàn)閿z像頭和主板通過PFC排線連接，此時(shí)時(shí)鐘信號(hào)布線環(huán)路很難控制，懷疑PCLK和MCLK時(shí)鐘為干擾源，關(guān)閉攝像頭后輻射滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，確定PCLK和MCLK時(shí)鐘產(chǎn)生輻射干擾。
03 整改措施
傳統(tǒng)方案對(duì)于時(shí)鐘電磁干擾整改，主要采用降低驅(qū)動(dòng)方案，比如軟件減小邏輯速率、增加RC濾波，或者PCB布局布線，但本產(chǎn)品問題由PFC排線引起，排線不能做更改，所以只能降低驅(qū)動(dòng)，但攝像頭對(duì)圖像質(zhì)量要求很高，降低時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)可能導(dǎo)致圖像產(chǎn)生問題，因此以上方案均不可行。
時(shí)鐘展頻是解決時(shí)鐘輻射的另一種方法，它可以使窄帶的時(shí)鐘源的能量以受控的方式分布在更寬的頻帶，從而降低時(shí)鐘主頻和諧波的峰值幅度，其原理如圖3所示。
圖3 時(shí)鐘展頻原理
從圖3可以看出，時(shí)鐘展頻可以在不改變時(shí)鐘能量的情況下，降低時(shí)鐘幅度，因此，對(duì)MCLK和PCLK時(shí)鐘采用展頻技術(shù)，降低其輻射，如圖4所示。
圖4 時(shí)鐘信號(hào)展頻
如圖4，對(duì)MCLK時(shí)鐘信號(hào)增加展頻電路，抑制MCLK時(shí)鐘的幅度，因PCLK是基于MCLK的時(shí)鐘，因此，PCLK時(shí)鐘不用改動(dòng)，其幅度也可以同步降低。
04 實(shí)踐結(jié)果
在MCLK時(shí)鐘信號(hào)靠近芯片位置增加展頻芯片，改板后如圖5所示。
圖5 MCLK時(shí)鐘增加展頻芯片
測(cè)試MCLK時(shí)域信號(hào)，如圖6所示。
（a）展頻前
（b）展頻后
圖6 MCLK時(shí)鐘信號(hào)
從圖6可以看出，增加展頻電路前后，MCLK時(shí)鐘時(shí)域信號(hào)幾乎沒有改變，因此展頻不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響，此時(shí)測(cè)試輻射，結(jié)果如圖7所示。
圖7 整改后輻射發(fā)射
從圖7可以看出，展頻后時(shí)鐘及其諧波幅度改善非常明顯，幅值降低15dB左右，實(shí)驗(yàn)通過。
點(diǎn)評(píng)
時(shí)鐘展頻乃何方神圣，能使頻譜展翅卻不再高飛...EMC測(cè)試時(shí)，很多時(shí)候產(chǎn)品的輻射都和時(shí)鐘息息相關(guān)，因?yàn)槠淠芰恐饕性陔x散的窄帶頻點(diǎn)，幅度相對(duì)較高。但由于時(shí)鐘干擾源比較容易確定，工程師都覺得整改很容易，果真如此嗎？未必！
本案例因?yàn)楫a(chǎn)品的特殊性，傳統(tǒng)的時(shí)鐘電路整改方案或多或少存在缺陷，而展頻技術(shù)卻能很好的符合本產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景并解決實(shí)際問題。展頻方案通過增大時(shí)鐘頻帶的寬度而降低其頻譜的峰值，讓人耳目一新！本案例的方法和思路啟示我們，條條大路通羅馬，運(yùn)用之妙，存乎一心！
