产品EMC辐射发射超标原因分析

 1.2关键信号线未布内层

关键信号线特别是时钟线要走内层也是PCB布线的一个基本常识。但是哪些线属于关键信号线呢？人们往往十分注意从晶体、晶振、时钟驱动器里面出来的时钟线，却往往忽视了另一类具有周期性质的走线——譬如特定的地址线。

对于周期性信号线不仅仅自身要避免在表层过多走线，而且对于在内部与之并行临近的走线也要考虑是否允许通过过孔走出内层。

经典案例描述

某产品在ＲＥ测试时候，在37.5M处存在较大的辐射，测试曲线如下：

因为37.5M是12.5M的3倍频，我们怀疑与板上25M晶振有关，于是将输出端33ohm电阻断开，结果37.5M辐射没了，附近频段也很干净。这说明37.5M频点确实和25M时钟有关。

经过分析，我们发现37M时钟流向图是

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， 由25M时钟上升沿触发， 其频率是12.5MHz。 37.5MHZ正是其3次谐波。而协议要求A0 A1 A2电平每变化一次要加入1F，其信号不是周期性变化的方波。 由于我们一般认为地址线的干扰较小，不会产生周期性干扰，所以在PCB布局布线时没有注意，走在表面层，并且走线很长，到达背板后延伸至其他单板。实际这两位地址线中的信号却是周期性的矩形波，与时钟信号波形完全相同。较长的走线，周期性变化的信号，加上表面走线导致这一段线路的辐射超标。测试时候我们切断A3 A4两根地址线的始端匹配电阻，37.5M干扰消失，证明了我们的判断是正确的。

在后来的改板中纠正了设计缺陷后，37.5M干扰不再出现。 

电源地平面分割不合理

在测试的时候，电源地的分割问题也是最容易出问题的地方之一。电源地平面地分割问题是PCB EMC设计中存在地老问题，不同的工程师有不同的看法，甚至到现在也没有达成统一。目前存在两种意见：

观点一： 隔离信号地系统

单板的GND是个独立的系统，不和PGND发生联系，与设备内部形成闭环系统，只通过DC/DC与外部相连。板上地PGND是结构在背板、单板上的延伸，用于屏蔽、防护器件的能量泄放、防静电。BGND是-48的回流线，出于安全考虑，BGND要和结构外壳连接，单点连接即可，通常在电源单元进设备的入口处，或者设备的供电柜上作BGND和PGND短接。

GND作为数字信号的回流地，主要是同低压电源发生能量传递关系，其绝对电位并不会影响工作状态，重要的是与电源之间产生稳定的电位差给器件工作。因而出于担心GND上面存在干扰电平或者绝对电位与机壳不一致而将其连接起来的做法理由并不充分。业内现阶段流行GND与机架连接的目的是遏制GND上的高频噪声。

GND和相应的电源作为一个隔离的系统，不会产生静电积累问题。静电积累是有前提条件，首先要有物质之间的相互摩擦；其次这种摩擦能够导致大量的电荷转移；第三，能够引起静电积累材料的往往都是绝缘的非金属，因为这些物质自身不能同空气发生缓慢的放电过程，金属和其它导电物质具备向空气缓慢放电地特质，因此它们不易产生静电积累。只要将GND完全隔离，避免使其和外界发生摩擦，就没有必要给GND接电阻到结构以泄放静电电荷。  

观点二：统一信号地系统

产品的GND和结构主体彻底合并成同一个网络，PGND代表结构和结构在背（单）板上的衍生网络，PGND在电气网络上就是GND。这个方案的关键是如何"统一"！ GND和结构之间连接关系只有"多点接地"才是满足EMC要求的。因此每块单板需要搭配金属大平板，螺钉连接以保证良好接地，并且接地点之间间距满足二十分之一波长规则。

当GND作为信号回流通道时它就是GND，当作为静电泄放、屏蔽等用途时又是PGND。这种"一地两用"地理论基础是高频电路与电磁场和电磁波理论。对任何信号而言，信号回流走最低阻抗通道，不是物理上的最小路径。到了高频下，趋肤效应显著，即使一块金属板，正面和反面对高频都是两个通道。最低阻抗地原则和趋肤效应保证了即使GND接到结构上，高速信号地回流也不会到处都是，它始终在信号线的下方，与信号线互为耦合，环路电感达到最校这种做法是随着电子产品信号频率不断升高，电磁兼容要求日益严酷的背景下应运而生的。实现这个规划的难度在于这个方案考虑了高频但是对低频干扰存在风险，由于结构与GND在事实上连在一起，因此，结构必须良好接大地。否则不但不能泄放干扰，相反还会引导干扰损坏器件。实现该方案的第二个难度在于"接地"。单板的GND如果通过单点和结构相连，这不是EM