車載通訊終端PCB晶振輻射騷擾的研究與整改

常 君，葉 丹，肖劍閣，王寅冬，孫宏宇

（東軟集團 （大連）有限公司，遼寧 大連 116085）

1 引言

隨著現代汽車電子設備的數量和密度增加，電磁兼容已成為汽車電子設備故障的一個重要和關鍵原因，對汽車的安全性、可靠性、舒適性起著決定性作用。各個車企針對其產品的電磁兼容要求或依據國際標準或有自己的企業標準，其標準也是供應商在產品設計和測試階段的重要依據。

以車載通訊終端 （T-box）為例，該產品在前期設計時，需要依據車企標準對該產品進行電磁兼容輻射騷擾項目預測試，來確認產品是否符合車企的要求。當預測試中出現輻射超標點時，需要針對輻射騷擾源進行詳細的排查，并采取一定的技術手段進行設計整改，從而降低產品對外輻射的能量，達到車企的要求。

2 測試及整改過程

2.1 測試布局環境

輻射測試布局依據如圖1所示，根據車企標準要求，測試頻率在470MHz以上時，要求天線中心正對產品中心，天線置放分水平和垂直兩個方向，T-box水平置放在測試臺上，工作在正常模式。實際布局如圖2所示。

通過實驗結果發現，當天線垂直方向置放檢測時，在頻率為470~800MHz范圍內，該產品會產生兩處頻點 （783.35MHz，800MHz）輻射限值超出了車企標準閾值范圍，并且通過直接輻射的形式對測試空間造成電磁干擾，因此需要整改。測試曲線如圖3所示，測試結果詳見表1。

圖2 實際布局圖

針對測試曲線結果分析，發現在測試曲線中有一個25MHz的3分頻干擾尖峰脈沖疊加在基礎曲線上，造成局部測量值超標，并且此尖峰脈沖伴隨著470~800MHz整個區間。因此，需要結合產品原理設計，詳細追查此干擾來源。

2.2 問題分析

騷擾源查找：通過對晶振電路原理分析 （圖4），晶振的匹配電容 （C688、C689）、限幅電阻 （R732、R733）、并接電阻 （R142）一應俱全，并且發振裕度測試也是良好的，問題可能出在PCB設計上，對布局、布線進行設計分析，此PCB電路板為6層，在第1層至第6層都進行了晶振地回路隔離，在第2層進行了晶振回路單點接地，發現晶振的地回路阻抗太大。如圖5所示。

耦合途徑：此干擾脈沖屬于高頻段，是通過空間耦合方式輻射到測試空間的。

圖3 測試曲線圖

整改方法：降低地回路阻抗，因此，最有效的方案就是在第6層上整改。

表1 測試曲線數據

圖4 原理圖

2.3 整改方法

在測試現場對現有電路進行整改，在不完全改動PCB布局的情況下將晶振回路第6層底部PCB獨立地與周邊地連接，加強接地環路，降低地回路阻抗，如圖6所示。經重新測試，測試結果如圖7所示，由圖中可以看出整改后效果顯著，尤其是783.35MHz和800MHz兩處余量>6dB，符合標準規定的輻射限值要求。復測數據曲線如表2所示。

3 設計總結

在通常電路設計中，造成電磁兼容輻射超標的原因是多方面的，最典型的輻射源莫過于晶振回路，因此在設計源頭上就應該采取相應的預防措施，可以從原理圖設計和PCB設計兩方面入手。

圖5 PCB

表2 復測曲線數據

圖6 整改PCB第6層

圖7 復測圖片

3.1 原理圖設計方面

通常針對晶振回路采用的方法如下。

1）匹配電容：選用匹配的晶振起振電容，并且需要測試晶振的發振裕度。

2）限幅電阻：預留限幅電阻，減小晶振輸出的振動能量，避免過度的EMC輻射能量。

3）并聯電阻：預留并聯電阻，可以穩定晶體阻抗，提高震蕩電路的穩定性。

3.2 PCB設計方面

通常針對晶振回路采用的方法如下。

1）晶振的濾波電容與匹配電阻布局需按照信號流向自然排布，且靠近晶振擺放整齊、緊湊，避免空間過大，濾波電容的回流地路徑一定要短。

2）晶振回路布線靠MCU越近越好，防止受到其他信號干擾，當然也防止它干擾別的線路；走線盡量短而直，線寬>10mil，線路所有轉折處要以弧角處理 （不可有尖角，避免尖端聚積電荷）。

3）晶振輸出端引線與MCU在PCB的布局在同一層，不能有過孔和穿層。

4）晶振回路布局要遠離l/O接口處，避免距離I/O口過近，通過接口縫隙對外有EMC輻射。

5）晶振回路不要靠近板邊，且板邊走地線環繞時，需打通孔。

6）晶振回路下面所有層不能走線，尤其是高速信號線。

7）晶振回路要遠離電源線以及其他敏感信號線，尤其是數字信號線，如時鐘CLK、數據TX、RX線等。

8）晶振回路附近不要有開關電源回路，尤其是DC/DC電感器件。

9）晶振回路周邊要做包地走線處理，并且要打屏蔽地孔。

10）為了減小輻射，可對晶振回路及MCU電路預留屏蔽殼。

11）晶振回路在PCB上的影射區域要有完整的鋪GND銅皮。

12）盡量選擇鐵殼晶振，因其抗干擾能力強。

13）晶振回路附近不要擺放大功率器件，如電源芯片、MOS管、電感等發熱量大的功率器件；同時也不要有敏感器件，例如G-sensor芯片。

4 結語

電磁兼容輻射騷擾試驗是汽車電子產品不可缺少的試驗，尤其很多含有晶振電路的設備在進行該項試驗時，很容易出現由于晶振輻射過大造成輻射超標的現象。因此需要針對干擾源的晶振回路進行整改，以上方法對于通過該試驗具有一定的幫助。縱觀實驗的整改過程，深深體會到，在產品設計之初，就需要對晶振回路PCB設計和布局進行充分考慮，包括對以往問題點的避讓等，都能夠在一定程度上降低實驗成本。本文的思路和方法也可以用于其他設備中的晶振設計和整改方面的參考。