1、問題現象描述

某款顯示器產品在10米法電波暗室進行輻射（RE）發射測試時,發現93MHz頻點余量不滿足6dB管控要求，具體測試數據如下：

圖1：輻射發射測試數據

改變輸入信號模式、更換測試設備、更換測試線纜均不影響測試結果，基本排除測試環境的影響。移除機內所有連接線纜，對測試結果無任何影響，排除噪聲通過線纜耦合的路徑，基本鎖定噪聲源來自驅動電路板自身。

圖2：產品形態圖    

2、問題分析定位

使用頻譜分析儀近場探頭進行分析定位，鎖定干擾源來自SPI Flash芯片時鐘信號的高次諧波干擾。嘗試修改SPI Flash芯片時鐘信號的濾波電路參數，無明顯改善；檢查PCB Layout設計SPI Flash芯片時鐘信號參考地比較完整，兩側包地也比較完整，基本排除時鐘信號回流路徑不完整及時鐘信號串擾問題的可能性。

圖3：SPI Flash芯片PCB Layout圖

使用頻譜分析儀的尖形探頭，查找噪聲源具體位置時，發現SPI Flash芯片供電電源引腳的噪聲干擾也非常大，量測SPI Flash芯片附件參考地時，發現地噪聲也非常嚴重。地平面噪聲大通常是由某顆電容的濾波回流路徑失控、信號回流路徑失控引起，通過分析基本上排除時鐘信號回流路徑的問題，基本判斷是濾波電容的路徑問題。

圖4：SPI Flash芯片供電電源引腳頻譜圖    

將SPI Flash芯片周圍濾波電容逐個拆除，量測地平面噪聲變化情況，分析過程發現將SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容拆除，地平面上噪聲改善非常明顯，重新進行輻射發射測試，結果符合余量管控要求。

圖5：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容移除后輻射發射測試數據

刪除SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容后，地平面上的噪聲降低非常明顯，供電電源引腳本身的噪聲卻變得更強，而從輻射發射測試結果卻改善明顯，則說明濾波電容的濾波環路較大，使地平面被污染。

3、問題原因深入分析    

圖6：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容回流芯片地引腳存在換層

深入分析發現SPI Flash芯片供電電源引腳的濾波電容，其接地端未在同層回流到SPI Flash芯片地引腳，而是通過換層后回流到芯片地引腳，換層后濾波回流路徑基本上是處于失控狀態。

分析其它使用相同方案不同布局方式的驅動電路板，其輻射發射測試結果是符合6dB余量管控要求的，原因則是SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地端同層回流芯片地引腳。

圖7：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容同層回流芯片地引腳

SPI Flash供電電源引腳濾波電容的接地端，同層回流到SPI Flash接地引腳，濾波路徑回流路徑可控且保持濾波環路面積最小化；SPI Flash供電電源引腳濾波電容的接地端，換層回流到SPI Flash接地引腳，濾波路徑回流路徑失控且濾波環路面積也不可控。

圖8：SPI Flash芯片電路設計

SPI Flash供電電源引腳本身應該不會產生時鐘信號高次諧波噪聲，其噪聲應該來自SPI Flash芯片內部的電路串擾，將時鐘噪聲及其高次諧波耦合出來。

4、問題根因分析

通過分析試驗驗證，問題產生的根因分析如下：

SPI Flash芯片在工作時，時鐘信號基頻及高次諧波干擾通過SPI Flash芯片電路耦合到SPI Flash芯片的電源引腳。而電源引腳濾波電容將噪聲濾除時回流到源端的路徑設計失控，導致參考地平面噪聲較大，形成天線效應進行空間輻射。

SPI Flash芯片內部電路串擾大小取決于芯片的電路設計，其芯片的封裝設計，通過濾波電容進行濾除可以有效降低電源引腳的高頻噪聲，濾波回流路徑需要有效控制。

5、問題解決方案    

通過分析驗證，擬定問題的解決方案如下：

問題解決方案（一）：

SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地端，同層回流到SPI Flash芯片接地引腳，縮小SPI Flash芯片電源引腳濾波環路面積，降低地平面噪聲。

圖9：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地點修改

圖10：修改SPI Flash濾波電容接地后的輻射測試數據。

問題解決方案（二）

修改SPI Flash芯片供電電源引腳濾波參數：RF4位置由0ohm電阻改為300ohm磁珠，CF4電容由0.1uF改為1000pF，降低高頻噪聲耦合到參考地的能量，通過串聯磁珠衰減。    

圖11：SPI Flash芯片供電電源濾波參數修改

以上兩種方案均可以滿足輻射發射（RE）測試6dB余量要求時，考慮到SPI Flash的電源引腳濾波電容參數修改、磁珠修改會影響其電源紋波，降低其使用壽命，結合成本等綜合評估使用方案（一）。

6、案例思考與啟示

芯片內部電路串擾引起的輻射發射問題越來越多，耦合路徑也越來越復雜。時鐘信號回流路徑最小化、開關電源環路面積最小化的問題很容易引起工程師的重視，而電源引腳的濾波環路面積最小化卻很容易被工程師們忽略，引起非常隱蔽的EMC問題。這個案例給我們大家的啟示是濾波電容的濾波環路面積最小化應引起足夠重視。