晶振布局时应该注意哪些问题











PCB设计要点:

(1)、在PCB设计是,晶振的外壳必须接地,可以防止晶振的向往辐射,也可以屏蔽外来的干扰。

(2)、晶振下面要铺地,可以防止干扰其他层。因为有些人在布多层板的时候,顶层和底层不铺地,但是建议晶振所在那一块铺上地。

(3)、晶振底下不要布线,周围5mm的范围内不要布线和其他元器件(有的书是建议300mil范围内,大家可以参考),主要是防止晶振干扰其他布线和器件。

(4)、晶振不要布在板子的边缘,因为为了安全考虑,板卡的地和金属外壳或者机械结构常常是连在一起的,这个地我们暂且叫做参考接地板,如果晶振布在板卡的边缘,晶振与参考接地板会形成电场分布,而板卡的边缘常常是有很多线缆,当线缆穿过晶振和参考接地板的电场是,线缆被干扰了。而晶振布在离边缘远的地方,晶振与参考接地板的电场分布被PCB板的GND分割了,分布到参考接地板电场大大减小了。

(5)、当然时钟线尽量要短。如果你不想让时钟线走一路干扰一路,那就布短吧。还有一点,关于晶振的选择,如果你的系统能工作在25M,就尽量不要选50M的晶振。时钟频率高,是高速电路,时钟上升沿陡也是高速电路,需要考虑信号完整性。

补充:

1、晶振下方不要走线,晶振出线包地,走线过程不能隔断,不要过孔换层;

2、晶振引出的两根时钟线也要短,防止形成发射天线;

3、晶振输出脚串电阻,加22或33PF等滤波电容, 电容到地路径要短;

4、可以使用扩频、展频等手段,但需要硬件支持,同时也可能会影响高速信号质量;

5、屏蔽晶振,金属外壳检查接地,必要时可贴吸波材料进行防护。



高速的印制线或器件与参考接地板之间的容性耦合,会产生EMI问题,敏感印制线或器件布置在PCB边缘会产生抗扰度问题。


如果设计中由于其他一些原因一定要布置在PCB边缘,那么可以在印制线边上再布一根工作地线,并多增加过孔将此工作地线与工作地平面相连。

一、问题描述


某行车记录仪,测试的时候要加一个外接适配器,在机器上电运行测试时发现超标,具体频点是84MHZ、144MH、168MHZ,需要分析其辐射超标产生的原因,并给出相应的对策。


辐射测试数据如下:



二、辐射源头分析

该产品只有一块PCB,其上有一个12MHZ的晶体。

其中超标频点恰好都是12MHZ的倍频,而分析该机器容易EMI辐射超标的屏和摄像头,发现LCD-CLK是33MHZ,而摄像头MCLK是24MHZ;

通过排除发现去掉摄像头后,超标点依然存在,而通过屏蔽12MZH晶体,超标点有降低,由此判断144MHZ超标点与晶体有关,PCB布局如下:



三、辐射产生的原理

从PCB布局可以看出,12MHZ的晶体正好布置在了PCB边缘,当产品放置与辐射发射的测试环境中时,被测产品的高速器件与实验室中参考接地会形成一定的容性耦合,产生寄生电容,导致出现共模辐射,寄生电容越大,共模辐射越强;

而寄生电容实质就是晶体与参考地之间的电场分布,当两者之间电压恒定时,两者之间电场分布越多,两者之间电场强度就越大,寄生电容也会越大,晶体在PCB边缘与在PCB中间时电场分布如下:


▲ PCB边缘的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图



▲ PCB中间的晶振与参考接地板之间的电场分布示意图


从图中可以看出,当晶振布置在PCB中间,或离PUB边缘较远时,由于PCB中工作地(GND)平面的存在,使大部分的电场控制在晶振与工作地之间,即在PCB内部,分布到参考接地板去的电场大大减小,导致辐射发射就降低了。

四、处理措施

将晶振内移,使其离PCB边缘至少1cm以上的距离,并在PCB表层离晶振1cm的范围内敷铜,同时把表层的铜通过过孔与PCB地平面相连。

经过修改后的测试结果频谱图如下,从图可以看出,辐射发射有了明显改善。