【可靠性案例】PCB中闲置线路对辐射发射的影响

硬件电子工程师

1. 问题描述
+ C2 V% N3 E4 x2 v8 |! L8 V: l某款产品辐射发射超标，据测试人员反应，前期刚刚转产的同系列产品测试情况良好，该产品与前期转产的产品硬件基本一致，只是在功能配置上略微精简，少一些功能，主板是同一款印制电路板。
3 h0 k9 Z( x+ _4 q; \) `2. 分析过程
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% ?9 k* r) F5 c- }图一：整改前辐射发射测试图
为了发现问题，初步进行了如下实验
1）、判断是否与信号电缆有关，发现接不接信号电缆，在296MHZ频率处的辐射度没有什么变化，这样就排除了信号电缆辐射的可能；
2 _& ^9 [$ ^6 R  W- N* ~2 [6 D" j/ ]. W2）、判断是否与电源辐射有关，在不接信号电缆的情况下，将去耦钳夹在电源线上，也没有影响，这样又排除了电源线辐射的可能；
* g& E$ r+ m0 g, ~; l) m3）、由于测试人员反应同系列的其余产品测试情况良好且印制电路板相一致，且该产品相对前期产品功能略微精简，从理论上说辐射发射度不应该比前期产品高那么多，仔细对比了支持前期产品功能且该产品没有那项功能的线路，发现该板上的CPU所提供的4路时钟只有3路有使用（前期产品4路都有使用），多余的1路时钟为闲置状态但是其匹配电阻等都有焊接，该信号线延伸到连接器后，连接器上与之相关的引脚与后续电路断开，怀疑是此路时钟线路出了问题，去掉该线路上的R70电阻后，辐射发射度降低了约8dB，最终确认问题就出在该线路上。
PCB板上信号线与时钟相连，这些信号线上也会带有时钟信号，由于信号线另外一端断开，这使得这段信号线变成了单级发射天线，将时钟信号带出PCB板，当信号波长与这段信号线长度相当时会发生谐振，这时信号几乎可以100%转化为电磁场（以该案例296M频点超标为例，若信号线长度为100cm时，信号几乎可以100%转化为电磁场），当信号线长度为信号波长1/4时，将是一个将信号转换为场的极好的天线（以该案子为例，信号波长1/4为25cm），测量了该闲置信号线长度，发现长度约23cm，此时该信号线将信号转换为场的能力极强。
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: y9 i" ?7 ^  e$ O" }2 J" s, F8 \图二：红色标示的为闲置CLK3时钟线路

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2 O$ {% I' v% s9 D6 B' f  f图三：闲置CLK3时钟线路接R70匹配电阻
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图四：接R70匹配电阻后连接到连接器，连接器上与之相关的引脚与后续电路断开
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图五：闲置CLK3时钟线路接R70匹配电阻后连接到连接器总图
6 }' b0 t0 k& ^' a 基于以上分析，最终去掉R70匹配电阻且从Cpu芯片禁用该时钟，辐射发射能满足要求，详见图六

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图六：整改后辐射发射测试图
3. 分析结论
4 I7 u# v  L* J/ I8 W该产品辐射发射超标是由于闲置的时钟线路约等于信号波长1/4，成为一个单级发射天线，此时将信号转换为场的的能力极强，从而导致辐射发射超标。最终去掉R70匹配电阻且从Cpu芯片禁用该时钟，降低信号线辐射发射效能，从而使辐射发射度降低约8dB，满足要求
4. 总结
5 x; S, |! M  TPCB布线时务必不要让信号线成为单级发射天线，以增强辐射发射效能导致辐射发射超标。