时钟问题的实例分析

 

一前言

高频时钟信号的快速跳变、不完整的回流路径、边缘走线的“天线效应”……这些设计细节稍有不慎，就会让整机变成一台“微型电台”，向空间肆意发射电磁波。今天，我们将揭开时钟走线EMC整改的底层逻辑，从辐射机理到实战技巧，手把手教你驯服这些“隐形的干扰源”！

二案例分享

某款行车记录仪的辐射测试结果显示，445.5MHz频点存在超标现象。经分析，该问题源于视频解码芯片TP9950向主控传输的PCLK时钟信号。在整改过程中，尝试采用以下两种措施：

1.将PCLK传输线上的60Ω磁珠替换为120Ω磁珠；

2.在PCLK传输线靠近TP9950芯片端添加滤波电容。

虽然上述措施能够通过辐射测试，但后续发现会引发行车记录仪出现花屏现象。当减小这些器件的参数值时，则出现无法通过辐射测试或显示画面异常的两种情况。

经进一步检查PCB布局，发现TP9950芯片的时钟走线存在以下设计缺陷：

走线位于板边区域；

未进行包地处理。

针对此问题，我们建议客户对PCLK时钟走线进行优化改进。实施整改后，后续测试结果显示辐射问题已得到有效解决，测试结果符合要求。

【改板建议】：

（1）时钟信号不能画在板子边缘，下方或相邻的参考地平面可能被切断或不足，迫使信号回流路径绕行较远距离，就会如下图一样产生一些空间串扰。

时钟信号距离板边的距离最好大于5mm，在时钟信号到板边之间最好多一个地走线进行隔离，如下图所示。

（2）画PCB板的时候我们一般会有3W原则，也就是在PCB设计中，为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时。

例如，若线宽为5mil（0.127mm），则相邻信号线的最小间距应为15mil（0.381mm），耦合到临近走线的边缘场很少，大部分的电磁场被包围在走线和回流平面之间，可以降低70%信号线间电场和磁场的耦合效应。如果能满足10倍线宽则能减少98%信号间的串扰。单线时钟和差分时钟会有一点点区别，可以参考下图所示。

（3）在时钟线的下层，沿着信号线布一条地线，地线尽量宽一些。这样形成的回路面积等于线路板的层间厚度乘以信号线的长度，如下图所示。

三总结

一般情况下，时钟信号都是比较敏感的，像滤除高频噪声的电容或者共模电感，都会干扰信号的完整性，所以当我们遇到时钟噪声超标时，我们可以先看看时钟走线是否有问题，比如走线过长；走线太过靠近主板边缘；走线是否进行包地处理。因为时钟信号回流需要低阻抗路径，所以对时钟走线的整改也是辐射超标问题的重要解决手段。