時鐘信號展頻技術(shù)解決某產(chǎn)品輻射超標(biāo)案例
01 問題描述
某攝像頭在實驗室進行輻射騷擾測試時，結(jié)果在100MHz-300MHz之間超標(biāo)，最大超標(biāo)約10dB，實驗不通過，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)的頻點為一系列窄帶脈沖，非常有規(guī)律，懷疑為周期時鐘信號的干擾，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鐘，PCLK像素時鐘（下行時鐘）和MCLK系統(tǒng)時鐘（上行時鐘），PCLK時鐘在攝像頭傳送數(shù)據(jù)時，為數(shù)據(jù)提供同步信號，MCLK時鐘由主控芯片提供，保證攝像頭正常工作。其中，PCLK時鐘頻率為48MHz，MCLK時鐘頻率為24MHz。
從圖1可以看出，輻射超標(biāo)的頻率為24MHz和48MHz的諧波，因為攝像頭和主板通過PFC排線連接，此時時鐘信號布線環(huán)路很難控制，懷疑PCLK和MCLK時鐘為干擾源，關(guān)閉攝像頭后輻射滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，確定PCLK和MCLK時鐘產(chǎn)生輻射干擾。
03 整改措施
傳統(tǒng)方案對于時鐘電磁干擾整改，主要采用降低驅(qū)動方案，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，但攝像頭對圖像質(zhì)量要求很高，降低時鐘驅(qū)動可能導(dǎo)致圖像產(chǎn)生問題，因此以上方案均不可行。
時鐘展頻是解決時鐘輻射的另一種方法，它可以使窄帶的時鐘源的能量以受控的方式分布在更寬的頻帶，從而降低時鐘主頻和諧波的峰值幅度，其原理如圖3所示。
圖3 時鐘展頻原理
從圖3可以看出，時鐘展頻可以在不改變時鐘能量的情況下，降低時鐘幅度，因此，對MCLK和PCLK時鐘采用展頻技術(shù)，降低其輻射，如圖4所示。
圖4 時鐘信號展頻
如圖4，對MCLK時鐘信號增加展頻電路，抑制MCLK時鐘的幅度，因PCLK是基于MCLK的時鐘，因此，PCLK時鐘不用改動，其幅度也可以同步降低。
04 實踐結(jié)果
在MCLK時鐘信號靠近芯片位置增加展頻芯片，改板后如圖5所示。
圖5 MCLK時鐘增加展頻芯片
測試MCLK時域信號，如圖6所示。
（a）展頻前
（b）展頻后
圖6 MCLK時鐘信號
從圖6可以看出，增加展頻電路前后，MCLK時鐘時域信號幾乎沒有改變，因此展頻不會對信號產(chǎn)生影響，此時測試輻射，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，展頻后時鐘及其諧波幅度改善非常明顯，幅值降低15dB左右，實驗通過。
點評
時鐘展頻乃何方神圣，能使頻譜展翅卻不再高飛...EMC測試時，很多時候產(chǎn)品的輻射都和時鐘息息相關(guān)，因為其能量主要集中在離散的窄帶頻點，幅度相對較高。但由于時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！
本案例因為產(chǎn)品的特殊性，傳統(tǒng)的時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)用場景并解決實際問題。展頻方案通過增大時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，運用之妙，存乎一心！
