时钟发生器是导致电磁辐射发射的主要原因

一前言

有时工程师在进行电磁兼容的辐射发射RE试验时，我们发现超标频率通常是时钟的频率，或者时钟频率的整倍数。因此，很多人认为时钟发生器是导致电磁辐射发射的主要原因。实际情况是这样子的么？

二环形天线的辐射属性

环形天线和偶极天线，这是在产品电路中两种常见的天线，都会产生意外的电磁波辐射，属于电子设备中隐藏的天线在辐射电磁波。电路必须形成一个电流回路才能正常工作，所以任何一个电路都会形成环形天线。 一个变化的磁场，就会产生一个电场，变化的电场也会产生磁场。这种电磁感应的现象在空间传播就构成了电磁波。导致变化磁场的因素有很多，其中就有一个因素是环路，环路长度对辐射的影响：环路周长越长，辐射越强；环路周长接近一个波长时，辐射最强。环路面积对辐射的影响，当周长一定时，环路面积越大，辐射越强，如果电路芯片之间的距离确定时，尽量要使信号电流的回路面积缩小，能够有效地控制辐射。 我们应努力控制信号与瞬态电源电流形成的每一个环路面积，使其最小，特别是作为主要辐射源的传输系统时钟电路，时钟信号通常也是系统中频率最高的信号，其所有能量都集中在基波与其谐波组成的窄频带内。  

三时钟电路中的环形天线

常见的电路模型如下图所示，一个完整的电路包括电源线、信号线、负载和地线，这是一个简易版的时钟信号走线。

由上图所构成的环路大致有3个，当时钟信号处于高电平时构成的回路；当时钟从高电平变换低电平的瞬间所构成的回路；当时钟信号处于低电平时构成的回路。

从上面的回路可看出去耦电容的重要性，如果这个去耦电容在板子上放置的位置较远，会使和的环路面积扩大，进而导致时钟的辐射更强。

四案例

前段时间接触过一个案子，是一款刷卡机，它的辐射干扰点是时钟的倍频超标问题，一开始便对各个模块进行排查，后面锁定是RFID这个模块的问题，如下图所示。刷卡模块会主动发射13.56MHz这样一组固定频率的电磁波，这模块大部分都会出现时钟倍频的辐射超标，所以前期误认为是这个时钟造成的，并在线上加磁珠和电容做滤波处理，但并没有明显的改善效果。

后面结合原理图、PCB和芯片规格书，如下图所示，发现芯片的发射器电源TVDD旁边没有加去耦电容，去耦电容只有靠近PVDD的C22和C23，这个会使环路面积变大，在这个环形天线上的时钟干扰没能滤除或抑制，有可能导致辐射干扰变强。

通过上面的分析后，便在TVDD的附近尝试加了容值为100nF和1nF的电容做滤波，并且将电容的接地引脚尽可能靠近芯片的地，确保达到较小的回路面积，如下图所示。

测试数据对比如下：

综上分析，时钟电路产生电磁辐射发射的主要原因是对外连接的导体，跟时钟信号线、电源线、地线、去耦电容等有很大相关，在测试整改时需多方面考虑，多关注一下环形天线的干扰，环路的面积和周长。

       审核编辑 ：李倩