时钟信号展频技术解决某产品辐射超标案例

01 问题描述

某摄像头在实验室进行辐射骚扰测试时，结果在100MHz-300MHz之间超标，最大超标约10dB，实验不通过，如图1所示。

图1 30MHz～1GHz辐射频谱

02 原因分析

从图1可以看出，超标的频点为一系列窄带脉冲，非常有规律，怀疑为周期时钟信号的干扰，摄像头硬件电路框图如图2所示。

图2 摄像头硬件电路框图

从图2可以看出，摄像头硬件接口包括两路时钟，PCLK像素时钟（下行时钟）和MCLK系统时钟（上行时钟），PCLK时钟在摄像头传送数据时，为数据提供同步信号，MCLK时钟由主控芯片提供，保证摄像头正常工作。其中，PCLK时钟频率为48MHz，MCLK时钟频率为24MHz。

从图1可以看出，辐射超标的频率为24MHz和48MHz的谐波，因为摄像头和主板通过PFC排线连接，此时时钟信号布线环路很难控制，怀疑PCLK和MCLK时钟为干扰源，关闭摄像头后辐射满足标准要求，因此，确定PCLK和MCLK时钟产生辐射干扰。

03 整改措施

传统方案对于时钟电磁干扰整改，主要采用降低驱动方案，比如软件减小逻辑速率、增加RC滤波，或者PCB布局布线，但本产品问题由PFC排线引起，排线不能做更改，所以只能降低驱动，但摄像头对图像质量要求很高，降低时钟驱动可能导致图像产生问题，因此以上方案均不可行。

    时钟展频是解决时钟辐射的另一种方法，它可以使窄带的时钟源的能量以受控的方式分布在更宽的频带，从而降低时钟主频和谐波的峰值幅度，其原理如图3所示。

图3 时钟展频原理

从图3可以看出，时钟展频可以在不改变时钟能量的情况下，降低时钟幅度，因此，对MCLK和PCLK时钟采用展频技术，降低其辐射，如图4所示。

图4 时钟信号展频

如图4，对MCLK时钟信号增加展频电路，抑制MCLK时钟的幅度，因PCLK是基于MCLK的时钟，因此，PCLK时钟不用改动，其幅度也可以同步降低。

04 实践结果

在MCLK时钟信号靠近芯片位置增加展频芯片，改板后如图5所示。

图5 MCLK时钟增加展频芯片

测试MCLK时域信号，如图6所示。

（a）展频前

（b）展频后

图6  MCLK时钟信号

从图6可以看出，增加展频电路前后，MCLK时钟时域信号几乎没有改变，因此展频不会对信号产生影响，此时测试辐射，结果如图7所示。

图7 整改后辐射发射

从图7可以看出，展频后时钟及其谐波幅度改善非常明显，幅值降低15dB左右，实验通过。

点评

时钟展频乃何方神圣，能使频谱展翅却不再高飞...EMC测试时，很多时候产品的辐射都和时钟息息相关，因为其能量主要集中在离散的窄带频点，幅度相对较高。但由于时钟干扰源比较容易确定，工程师都觉得整改很容易，果真如此吗？未必！

本案例因为产品的特殊性，传统的时钟电路整改方案或多或少存在缺陷，而展频技术却能很好的符合本产品应用场景并解决实际问题。展频方案通过增大时钟频带的宽度而降低其频谱的峰值，让人耳目一新！本案例的方法和思路启示我们，条条大路通罗马，运用之妙，存乎一心！