时钟EMI超标实验案例与整改

前言

电子产品多功能化、高速化、小型化的发展，意味着对内部时钟频率的要求将越来越高。因为时钟信号是周期信号，所以在频域上的能量是集中在某个频率上的，这也就造成了时钟EMI测试超标的问题。

在此，讲述一个时钟EMI超标的重要原因：时钟信号的回流路径设计不合理。对于时钟而言，回路面积越小，辐射就越小！

1经典实验

让我们先看一个经典的实验：

实验装置：同轴电缆的一端接信号发生器，频率可变；另一端接50Ω电阻负载。同轴电缆的两端外皮（金属编织层）用一根短粗的铜线连接起来，铜线的电阻和电感都很小。在铜线上套一个电流卡钳，用示波器监视铜线中电流的大小。

实验过程：将信号源的频率从低往高调，观察铜线中电流的变化。

实验结果：当频率低于1kHz时，电流几乎全部走铜线，当频率高于10MHz时，电流几乎全部同轴电缆的外屏蔽层，1kHz 和10MHz 之间，两个路径都有。

实验结论：高频电流总是走电感最小的路径，也就是回路面积最小的路径。因为回路电感L = F / I （F是磁通量，I是回路电流），而磁通量跟回路面积成正比，所以回路面积小，回路电感也就小。

2经典整改案例

这是一个仪表盘的案例，两层板，其架构如下图，仪表盘屏时钟从MCU出来，经过PCB走线到FPC插座，然后经过FPC到屏。

下图左边红色为屏时钟走线，理论上PCB中的时钟回流是紧贴着红色时钟走线，也就是按照黄色虚线回流，但实际上，从右边PCB图中我们可以看到，高亮部分是地，而红色时钟线附近的地并不完整，中间有一段是分割的，所以会导致时钟回流的时候寻找其他路径返回源端（黄色虚线），增大了时钟的回路面积，加强了辐射。

整改对策：用导线将分割的地连接起来，使屏时钟回流地完整。

整改前后测试对比：

从测试结果可以看出来，整改只是加了一根普通的导线，但是EMI下降却非常明显，这体现了时钟回路面积的重要性。

所以，设计PCB时，一定要注意减小高频信号的回路面积！