晶振为什么不能放置在PCB边缘?

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内容提要

该文章描述了进行EMC标准规定的辐射发射测试时,发现某塑料外壳产品在特定频点存在辐射超标的情况。超标与晶振的位置有关,晶振与参考接地板之间的寄生电容越大,辐射就越大。通过移动晶振位置或使用单片机内部晶振等处理措施,可以改善辐射发射问题。高 dU/dt的印制线或器件与参考接地板之间的容性耦合会产生EMI问题,建议避免将这些器件放置在PCB边缘。

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延伸解读

晶振位置如何影响辐射发射

文章指出,晶振与参考接地板之间的寄生电容是导致共模辐射的关键。当晶振位于PCB边缘时,电场更多分布到参考接地板,寄生电容增大,共模电流随之增大,最终通过电缆产生辐射超标。将晶振内移后,PCB地平面能束缚大部分电场,减小寄生电容,从而降低辐射。这解释了位置调整为何有效。

整改措施的实际选择与效果

文章提供了两种方案:一是将晶振内移并敷铜接地,二是改用单片机内部晶振。本次实验采用方案一,要求晶振离板边至少1厘米,并在表层敷铜打过孔。整改后测试频谱显示辐射明显改善。这说明在无法改电路时,方案二可作为备选,但方案一在保持外部晶振时更直接。

对EMC设计的启示

文章强调,高dU/dt的器件或走线应避免放在PCB边缘,否则易与参考接地板容性耦合引发EMI。若必须放在边缘,可在晶振旁布GND线并间隔打过孔,形成类似法拉第笼的屏蔽。同时需注意,晶振直接造成的是近场辐射,远场辐射主要由电缆等大尺寸导体产生,晶振外壳接地也能减少干扰。

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Q&A

为什么晶振放在PCB边缘会导致辐射发射测试超标?

晶振放在PCB边缘时,与参考接地板之间的电场分布更多,寄生电容增大,导致共模辐射电流增大,从而引起辐射发射超标。

如何解决因晶振位置导致的辐射发射超标问题?

有两种方案:方案一是将晶振内移,离PCB地平面边缘至少1厘米,并在晶振周围1厘米内敷铜并通过过孔接地;方案二是不使用外部晶振,改用单片机内部晶振。

晶振与参考接地板之间的寄生电容是如何导致共模辐射的?

晶振与参考接地板之间存在寄生电容,晶振工作时高dU/dt的电压通过寄生电容耦合到参考接地板,形成共模电流,该电流流过电缆产生共模辐射。

如果必须将晶振放在PCB边缘,有什么补救措施?

可以在晶振印制线边上布一根工作地线,并间隔打孔接地,将晶振部分围起来,利用法拉第屏蔽原理减少辐射。

为什么将晶振外壳接地可以减少干扰?

将晶振外壳接地可以提供静电屏蔽,减少晶振与参考接地板之间的电场耦合,从而降低共模辐射。

辐射发射超标是否直接由晶振辐射造成?

不是。晶振个体较小,直接影响的是近场辐射,即晶振与其他导体之间的寄生电容。造成远场辐射的直接因素是电缆或产品中最大尺寸与辐射频率波长可以比拟的导体。

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