某視頻處理終端騷擾功率整改

張露華

（福建省產品質量檢驗研究院,福建 福州 350002）

電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）是一門新興的綜合性學科，是使電氣裝置或系統在共同的電磁環境條件下，既不受電磁環境的影響，也不會干擾環境[1]。電磁兼容的三要素是騷擾源、耦合途徑和敏感設備。PCB板上安裝的時鐘信號是一種引起PCB板電磁兼容問題的常見且重要的輻射源，良好的時鐘電路設計是PCB板的電磁兼容設計的關鍵。文章從一個視頻處理終端騷擾功率頻點超標案例出發，對如何降低時鐘（騷擾源）的干擾進行分析，提出解決方案并進行驗證該方案的有效性。

1 騷擾功率測試原理和方法

標準GB13837規定，對于有關設備不測量騷擾場強而是測量其騷擾功率，因此騷擾功率測試是絕大多數AV類產品（收音機和電視機除外）產品在認證時的EMC測試項目之一[2]。

通常環境下，當頻率超過30 MHz時，設備所產生的騷擾能量通過輻射傳播到被騷擾的接收機，結果表明，大部分能量是由靠近設備的電源線及其他連線向外輻射的。因此，可用被測設備電源線和其他連線上的騷擾功率來定義其騷擾電平，這一功率近似等于由套在這些連線上的合適的吸收鉗在吸收功率最大位置上的測量值。

被測設備置于高度為0.8 m的非金屬臺上，距其他金屬物體或人體至少0.8 m，被測饋線應在臺子上平直展開，其長度要足夠放置吸收鉗和必要時調整吸收鉗的位置以獲取最大輻射值。將吸收鉗套在被測饋線上，其電流變換器一端應朝向被測設備,以便測量饋線上的騷擾功率。騷擾功率的測量原理圖如圖1所示。

圖1 騷擾功率的測量原理

測試時，干擾信號的傳輸路徑為：首先吸收鉗將捕獲的干擾轉換成電流形式，再通過同軸線纜傳輸到測量接收機，然后依次用吸收鉗測量長度超過25 cm的屏蔽或非屏蔽連接線,這些連接線是連接至被測設備的各自獨立單元上，最后滑動吸收鉗，依次尋找每條線纜上吸收功率最大的位置，該位置的讀數即為這條線纜的最大騷擾電平。

2 視頻處理終端端騷擾功率超標問題

對某視頻處理終端按照GB/T 13837-2012標準要求，播放標準垂直彩條信號。其電源端口和HDMI端口的騷擾功率測試圖形和超標頻點測試值分別如圖2（a）和圖2（b）所示，上下兩根曲線分別代表準峰值和平均值的限值。從測試結果看148.5 MHz頻點測試不合格，且該頻點從圖形上看是屬于“單根刺”形狀的窄帶波形，可能是時鐘頻率干擾導致。

圖2（a） 電源端口騷擾功率測試結果

3 分析整改

對機內主板上的各時鐘信號進行分析，發現機內一塊轉接板上有用到一顆148.5 MHz的有源晶振，如圖3所示。

圖3 內機主板

首先考慮改善整機及I/O接口外殼接地，用萬用表測量整個機殼的接地情況，采用銼刀將機殼外層絕緣漆刮除，并用導電膠布保證各部分機殼間的良好搭接，用導電泡棉良好連接各I/O接口外殼與金屬外殼。重新進行測試，測試曲線沒有下降，該整改方式無效。

接下來對該148.5 MHz有源晶振的電路原理圖進行分析：靠近晶振的電源引腳設計了兩個去耦電容，容值分別為1 u跟0.01 u。晶振的時鐘輸出端跟CPU之間串聯一個220 Ω的匹配電阻。

有源晶振的典型電路原理圖如圖4所示。

圖4 有源晶振的典型電路原理

（1）電源通過一個磁珠后接入晶振引腳，這樣可以降低電源噪聲對時鐘輸出頻率的影響。晶振電源的去耦電容一般選3個，電容值之間最好相差一個數量級（如1 uF、0.1 uF、0.01 uF并聯），這樣可以過濾更寬頻率范圍內的電源噪聲。

（2）輸出端串聯一個小電阻R1，主要有兩個作用：一是進行阻抗匹配，減小回波干擾及導致的信號過沖。阻抗不匹配的時候會產生信號反射，有源晶體的輸出阻抗通常都很低，而信號源的輸入端在芯片內部結構上通常是運放的輸入端，這個運放的輸出阻抗都在兆歐以上。二是減少諧波，有源晶體輸出的是方波，在阻抗嚴重不匹配的情況下，會更容易引起諧波干擾。加入電阻R1與輸入電容構成RC積分平滑電路，將方波轉換為近似正弦波，雖然信號的完整性受到影響，但由于該信號還要經過后級放大、整形后才作為時鐘信號，所以可以在保證性能的基礎上減少諧波干擾。因此R1的大小需要根據輸入端的阻抗、輸入等效電容，有源晶體的輸出阻抗等因素選擇。有時，不同批次的板子特性不一樣，需要在實際測試過程中調整確定以達到最佳狀態。

（3）輸出電阻R1后端一般還會預留設計電容C4，C4與串聯電阻R1組成RC濾波電路，減少時鐘信號的過沖，C4值可根據實驗情況進行調整。通過對有源晶振的典型電路圖分析，嘗試對轉接板上晶振電路進行調整，先是在電源端增加一個容值為0.1 uF去耦電容，測試曲線有所下降但仍不符合要求；接著調整時鐘線上串聯電阻的阻值，發現加大或減小該電阻阻值時，電源端口超標頻點的測試值會有明顯變化，不斷修改該電阻阻值，反復測試，發現當串聯電阻值為100 Ω時，改善最明顯，測試結果符合要求且還有約3 dB的余量。因余量不是很大，繼續增加整改措施驗證，在匹配電阻后端增加一個濾波電容，不斷調整容值，當電容容量為470 pF時,測試余量達到5 dB以上。

4 測試結果分析

對轉接板上晶振電路進行如下處理：（1）調整時鐘信號線上匹配電阻阻值，由阻值220 Ω調整為100 Ω；（2）輸出線上匹配電阻后端增加電容濾波，組成RC匹配濾波電路，電容容量為470 pF；（3）晶振電源處增加一個容值為0.1 uF去耦電容。

按照以上措施對主板整改如圖5所示。

圖5 整改后的機內主板

整改后該視頻處理終端電源端口和HDMI端口的電源端騷擾功率最終測試結果分別如圖6（a）和6（b）所示。原先

圖6（a） 整改后電源端口騷擾功率測試結果

5 結語

做好時鐘信號的匹配和電源供電口的濾波是解決時鐘噪聲干擾的常用措施，從原理圖來看，前期設計時按照典型電路（見圖4）設計，做好濾波電容預留，實際測試過程中可以通過調整濾波電容和時鐘線上的匹配電阻值來達到最佳EMC效果。超標的148.5 MHz已符合標準限值要求，并且余量達到5 dB以上，通過測試。

圖6（b） 整改后HDMI端口騷擾功率測試結果