時鐘信號展頻技術解決某產品輻射超標案例

01 問題描述

某攝像頭在實驗室進行輻射騷擾測試時，結果在100MHz-300MHz之間超標，最大超標約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，超標的頻點為一系列窄帶脈沖，非常有規律，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系統時鐘（上行時鐘），PCLK時鐘在攝像頭傳送數據時，為數據提供同步信號，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路很難控制，懷疑PCLK和MCLK時鐘為干擾源，關閉攝像頭后輻射滿足標準要求，因此，確定PCLK和MCLK時鐘產生輻射干擾。

03 整改措施

傳統方案對于時鐘電磁干擾整改，主要采用降低驅動方案，比如軟件減小邏輯速率、增加RC濾波，或者PCB布局布線，但本產品問題由PFC排線引起，排線不能做更改，所以只能降低驅動，但攝像頭對圖像質量要求很高，降低時鐘驅動可能導致圖像產生問題，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，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生影響，此時測試輻射，結果如圖7所示。

圖7 整改后輻射發射

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，很多時候產品的輻射都和時鐘息息相關，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！

本案例因為產品的特殊性，傳統的時鐘電路整改方案或多或少存在缺陷，而展頻技術卻能很好的符合本產品應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！