某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析

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1、电磁兼容工程师论坛bbs.emcmark.com某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析孔今岛主签名“企业在产品EMC设计上投入的每一分血汗钱都是冤枉钱”，岛主如是说。“我长兄治病，是治病于病情发作之前；我中兄治病，是治病于病情初起之时；而我扁鹊治病，是治病于病情严重之时，因此，我长兄医术最好，中兄次之，我最差。”——《魏文王问扁鹊》架构EMC设计，如长兄治病，不破费不痛苦；电路EMC设计，如中兄治病，花钱买罪受；EMC测试整改，如扁鹊治病，砸钱且伤身。本文作者已经授权电磁兼容工程师网及电磁

2、兼容工程师论坛独家刊载，版权所有，违者必究电磁兼容工程师论坛bbs.emcmark.com某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析1．前言军事装备有一句警语：“质量是设计出来的”。武器装备的质量，涉及诸多因素，可源头却是设计。AK47之所以能够成为世界枪王，其原因就是该枪设计非常精巧简便，能够很好地适应各种复杂恶劣的战场环境。也就是说，设计方案科学合理则事半功倍；设计方案有缺陷或漏洞则遗患无穷。近期闹得沸沸扬扬的丰田“召回门”事件，也是因为设计存在缺陷所致。警钟在耳，产品质量一定要把好设计这道关，前期尽可能把设计方案考虑成熟，

3、不留缺陷，这样才能提高产品质量，进而转化为企业的竞争力。本文是关于某单板PCB布线环路控制的案例，在PCB设计当中，布线换层和平面层分割不可避免，此时稍有不慎，都会给信号完整性和电磁兼容性带来灾难，下面我们不妨来看一个这方面的案例。2．现象描述某综合解算单元板为六层板，层叠结构为TOP、GND、S、S、POW、BOM，其中第三层既有布线，又有敷铜形成的+2.5V电源和AGND，第四层同样有布线、又有敷铜形成的+5V综合解算电源和+5VA模拟电源以及+1.2V电源，第五层为敷铜形成的+3.3V电源平面，但平面中间有布线，造成

4、平面层的分割。根据经验，首先这块板真正意义上的平面层只有第二层GND，其余平面既有布线又有多个分割，因此可以初步判断，本板层设置及平面层分割不合理，布线环路较难控制，因此将导致整板辐射水平较高。利用EMSCAN对本板进行电磁干扰评估及噪声源诊断，电磁干扰频谱分布和空间分布扫描结果如图1所示：（a）频谱分布本文作者已经授权电磁兼容工程师网及电磁兼容工程师论坛独家刊载，版权所有，违者必究电磁兼容工程师论坛bbs.emcmark.com某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析（b）空间分布图1原始电磁干扰空间扫描结果图中彩色区域为整

5、个综合解算单元板的外型结构，蓝色过渡到红色代表板上电磁干扰的强度逐渐增大。由空间扫描结果可以看出，整块综合解算单元板上存在数个电磁干扰的热点。3．原因分析根据前面的诊断，查看综合解算单元板电磁干扰部分电路原理图和PCB布局布线图，结合EMSCAN电磁干扰测试的空间分布的特点及其规律，将单板电磁干扰划分为四大区域，如图2所示：区域3区域1区域2区域4图2原始综合解算单元电磁干扰区域划分本文作者已经授权电磁兼容工程师网及电磁兼容工程师论坛独家刊载，版权所有，违者必究电磁兼容工程师论坛bbs.emcmark.com某综合解算单元

6、板电磁兼容测试案例分析选择多探头标记，在空间测试结果中标记具有相似特性的点，如图3所示：区域3区域1区域2区域4图3多探头标记空间点区域1和2标记点的频谱如图4所示，灰色为总的电磁干扰频谱。图4区域1和2探头标记空间点的频谱从图4可以看出，区域1和2干扰频率为25MHz及7.3728MHz的高次谐波，查看单板干扰部分电路原理图和PCB布局布线图，发现区域1处为外部输入给CUP的25MHz的时钟，如图5中白线所示，而区域2为7.3728MHz的晶体，如图5中绿线所示。其中25MHz时钟布线轨迹正好与区域1电磁干扰轨迹相似，初

7、步确定区域1和2为分别为25MHz时钟线及晶体G600所产生的干扰。图5晶体G600和25MHz时钟线本文作者已经授权电磁兼容工程师网及电磁兼容工程师论坛独家刊载，版权所有，违者必究电磁兼容工程师论坛bbs.emcmark.com某综合解算单元板电磁兼容测试案例分析查看单板，发现区域2晶体金属外壳未接地，处于悬空状态。时钟信号上升沿很快，且由于其周期特性，存在很强的的电磁干扰。晶体内部产生的噪声会容性耦合到其金属外壳上，此时外壳如果不接地，就会形成天线效应从而导致辐射干扰。25MHz的时钟由于布线较长，达到了10cm以上，

8、且布线先后在顶层、第三层、第四层和底层切换，此时由于层设置不合理导致布线参考平面不断变化，回流绕到其它非预期路径，而电路设计上却没有增加任何处理措施，因此导致环路面积增大，从而产生较强的电磁干扰。为了验证上面的分析，将25MHz时钟信号线断路，然后重新对单板进行测试，此时空间扫描结果如图6所示：图625