地址线引起的辐射发射 【EMC学习】

【现象描述】

某产品进行辐射发射测试时，发现 37.5MHz频率处存在较大的辐射。辐射发射测试频谱图如下图所示。

为了发现问题所在，初步进行了如下试验：

(1) 判断是否与信号电缆有关。结果发现接不接电缆，在37.5MHz频率处的辐射强度没有什么变化，这样就排除了电缆辐射的可能。

(2) 判断是否与电源线辐射有关，在不接信号电缆的基础上，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。

(3 ) 因为37. 5 M压是12. 5 MHz的3 倍频，所以怀疑与产品中某一PCB 板中的25 MHz 晶振（虽然不是 12. 5 M压）有关，于是将晶振时钟输出信号上串联的电阻 330Ω断开，再进行测试，结果37. 5 MHz 的辐射在频谱中消失，而且 37. 5 MHz附近的辐射强度也变小很多。

(4) 为进一步验证，将 330Ω电阻恢复，37. 5 MHz又有了，说明 3 7. 5MHz频点的辐射与25 MHz时钟有关。

【原因分析】

因为设备本身没有 37. 5 MHz时钟信号，而且晶振的频率 25 MHz与 37. 5 MHz也没有直接的倍频关系，所以普遍的观点认为是由于机柜壳体腔谐振引起的。

根据试验现象，证明了37. 5MHz处的辐射确实与 25 MHz时钟信号有关，在机柜内部放了一些吸波材料也没有影响测试结果（内部放吸波材料是为了验证是否由腔体谐振引起，因为吸波材料的放入会改变原来的谐振特性，这一方法可以在辐射问题定位中使用），所以也断定与谐振是没有关系的。经过进一步的分析，发现 25 MHz时钟信号的流向图如下图所示。

25 MHz时钟信号的流向图

由 FPGA 出来的 A0、A1、A2、A3、A4 地址线，在无业务状态下，根据协议要求A3/A4 将产生规则的 01010101 … 交替信号， 有 25 MHz 时钟上升沿触发，其频率是12.5 MHz, 37.5 MHz 正好是 3 次谐波。而协议要求 A0、 A1、A2 电平每变化一次，要加入1F，其信号不是周期信号变化的方波。

一般认为，地址信号由于产生的是非周期信号，所以地址信号相对应的频谱是连续的，能量相对分散，所以辐射一般会较低；而时钟等周期信号，其相对应的频谱是离散的，能量相对集中，所以会在谐波频点上辐射较高。而在该产品的 PCB 布线正是因为考虑到地址信号的非周期性，故产生频谱的连续性、低辐射性将地址信号线布在 PCB 的表层，而且布线长度也很长。但是由于该产品的特殊性，正好使得地址信号也成了周期信号，与时钟信号一样。这样，地址周期信号、长距离的表层布线使该地址信号的谐波产生了很大辐射。测试的时候也发现切断A3/ A4 两根地址线的始端匹配电阻， 3 7. 5 MHz辐射消失。所以证实了推断的正确性。

【处理措施】

在测试中，37. 5 MHz辐射产生的原因是FPGA 所出的地址信号为 25 MHz 时钟频率的一半， 相当于 12. 5 MHz的周期时钟信号，表层布线，并且布线较长，导致辐射较大。由于信号在产品中是很难改变的，所以只有改变该地址信号的布线方式，即将 PCB板中的地址线改为内层布线（该 PCB为 6 层板）。

【思考与启示】

(1 ) 地址线并不总是非周期信号， 有时候也会变成周期信号， 成为较高的辐射源。

(2) 数据线与地址线一样，也有可能发生类似的问题，因此在设计时，时钟信号、地址信号、数据信号要统筹考虑。

(3) 6 层板以上的 PCB可以考虑将高频信号线布置在内层，布置在两个参考平面之间的传输线采用带状线是PCB设计中最常见的传输线布置形式。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》