一、EMC晶振電路設(shè)計(jì)與整改經(jīng)驗(yàn)

（一）電路設(shè)計(jì)階段

1. 合理選擇晶振參數(shù)

• 根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的晶振頻率、負(fù)載電容、驅(qū)動(dòng)能力等參數(shù)。例如，對于低功耗應(yīng)用，應(yīng)選擇低功耗型晶振；對于高頻應(yīng)用，需考慮晶振的相位噪聲和抖動(dòng)特性。選擇合適的晶振參數(shù)可以減少后續(xù)的EMC問題。

2. 優(yōu)化布局與走線

• 將晶振盡可能靠近芯片引腳放置，以減少信號(hào)傳輸路徑上的阻抗和干擾。晶振的走線應(yīng)盡量短且直，避免過孔，因?yàn)檫^孔會(huì)引入寄生電感和電容，影響信號(hào)完整性。同時(shí)，晶振走線應(yīng)遠(yuǎn)離高速信號(hào)線和敏感的模擬信號(hào)線，防止信號(hào)之間的串?dāng)_。

• 在晶振周圍設(shè)置大面積的地平面，并在晶振下方及周圍區(qū)域避免走線，這樣可以為晶振提供良好的參考電位，減少電磁干擾。對于高頻晶振，還可以考慮在其周圍設(shè)置屏蔽罩，并將屏蔽罩接地，以進(jìn)一步降低輻射。

3. 電源濾波與去耦

• 晶振的電源引腳需要有良好的濾波和去耦措施。在電源引腳處放置去耦電容，如0.1μF和10μF的電容并聯(lián)，且電容應(yīng)盡量靠近晶振引腳。去耦電容的作用是濾除電源中的高頻噪聲，為晶振提供穩(wěn)定的電源電壓。此外，電源走線應(yīng)盡量短且寬，以降低電源阻抗。

4. 匹配電容選擇

• 對于無源晶振，需要根據(jù)晶振規(guī)格書的要求選擇合適的諧振電容。負(fù)載電容的大小會(huì)影響晶振的起振頻率和穩(wěn)定性。如果負(fù)載電容過大，晶振的起振頻率會(huì)降低；如果負(fù)載電容過小，晶振可能無法正常起振。因此，需要精確計(jì)算并選擇合適的負(fù)載電容。

5. 增加阻尼電阻

• 在晶振的輸出端或輸入端串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮杌虼胖椋梢杂行б种普疋徍瓦^沖信號(hào)。例如，在MOSFET的柵極串聯(lián)電阻，用于阻尼作用，減緩信號(hào)上升沿。這樣可以減少高頻信號(hào)的輻射，降低EMC問題的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）整改階段

1. 測試與分析

• 在整改之前，需要對晶振電路進(jìn)行全面的測試和分析。使用頻譜分析儀、示波器等設(shè)備，測量晶振的輸出信號(hào)頻率、幅度、相位噪聲、抖動(dòng)等參數(shù)，以及其對周圍電路的電磁干擾情況。通過測試結(jié)果，確定晶振電路存在的EMC問題，如輻射超標(biāo)、信號(hào)干擾等。

2. 針對性整改

• 根據(jù)測試分析結(jié)果，采取針對性的整改措施。例如，如果晶振的輻射超標(biāo)，可以考慮增加屏蔽措施，如在晶振周圍設(shè)置金屬屏蔽罩，并將屏蔽罩接地；如果晶振的信號(hào)干擾其他電路，可以調(diào)整晶振的布局和走線，增加晶振與被干擾電路之間的距離，或者在晶振的輸出端串聯(lián)磁珠等濾波元件。

3. 驗(yàn)證與優(yōu)化

• 整改完成后，需要對晶振電路進(jìn)行再次測試和驗(yàn)證，確保整改措施有效，EMC問題得到解決。如果測試結(jié)果仍然不理想，需要進(jìn)一步分析原因，優(yōu)化整改措施。例如，調(diào)整屏蔽罩的接地方式、增加更多的去耦電容等，直到晶振電路滿足EMC要求。

二、晶振案例整改詳細(xì)流程分析

案例一：某通信設(shè)備晶振輻射超標(biāo)整改

背景

某通信設(shè)備在EMC輻射發(fā)射測試中，發(fā)現(xiàn)晶振工作頻率附近的頻段輻射超標(biāo)嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備無法通過認(rèn)證。

整改前分析

經(jīng)過初步分析，發(fā)現(xiàn)晶振的走線較長且未進(jìn)行包地處理，晶振周圍沒有設(shè)置屏蔽罩，導(dǎo)致晶振信號(hào)輻射到周圍空間。

整改過程

1. 優(yōu)化走線與包地處理

• 將晶振的走線重新設(shè)計(jì)，使其盡可能短且直，并對晶振走線進(jìn)行包地處理。在晶振走線的兩側(cè)和下方鋪設(shè)大面積的地平面，并打大量地孔，以降低走線的阻抗，減少信號(hào)輻射。

2. 增加屏蔽罩

• 為晶振設(shè)計(jì)并安裝一個(gè)金屬屏蔽罩，將晶振及其走線完全包裹起來。屏蔽罩采用良好的導(dǎo)電材料制成，并確保屏蔽罩與地平面可靠連接，形成良好的電磁屏蔽效果。

3. 驗(yàn)證整改效果

• 完成整改后，重新進(jìn)行EMC輻射發(fā)射測試。測試結(jié)果顯示，晶振工作頻率附近的頻段輻射水平顯著降低，設(shè)備順利通過了EMC認(rèn)證。

案例二：某智能手表晶振電源噪聲干擾整改

背景

某智能手表在使用過程中，發(fā)現(xiàn)屏幕顯示出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)是晶振電源噪聲干擾了屏幕驅(qū)動(dòng)電路。

整改前分析

檢查晶振的電源電路，發(fā)現(xiàn)電源引腳處的去耦電容選型不合理，且電源走線較長，導(dǎo)致電源噪聲較大，進(jìn)而影響了晶振的穩(wěn)定性，干擾了屏幕驅(qū)動(dòng)電路。

整改過程

1. 優(yōu)化電源濾波

• 更換晶振電源引腳處的去耦電容，選擇合適的電容值，如0.1μF和10μF的電容并聯(lián)，并確保電容盡量靠近晶振引腳。同時(shí)，在電源輸入端增加一個(gè)LC濾波電路，以進(jìn)一步濾除電源中的高頻噪聲。

2. 調(diào)整電源走線

• 重新設(shè)計(jì)電源走線，使其盡量短且寬，以降低電源阻抗。將電源走線與地平面緊密耦合，形成良好的電源分配網(wǎng)絡(luò)，減少電源噪聲的傳播。

3. 驗(yàn)證整改效果

• 整改完成后，對智能手表進(jìn)行功能測試和EMC測試。測試結(jié)果表明，屏幕閃爍現(xiàn)象消失，晶振的穩(wěn)定性得到提高，電源噪聲對屏幕驅(qū)動(dòng)電路的干擾問題得到解決。

案例三：某醫(yī)療設(shè)備晶振負(fù)載電容不匹配整改

背景

某醫(yī)療設(shè)備在生產(chǎn)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)晶振無法正常起振，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。

整改前分析

經(jīng)過檢查晶振的電路參數(shù)，發(fā)現(xiàn)負(fù)載電容選擇不當(dāng)，與晶振規(guī)格書的要求不符，導(dǎo)致晶振無法正常起振。

整改過程

1. 重新選擇負(fù)載電容

• 根據(jù)晶振規(guī)格書的要求，重新計(jì)算并選擇合適的負(fù)載電容。將晶振的負(fù)載電容調(diào)整為與規(guī)格書推薦值一致，并在晶振的輸出端并聯(lián)一個(gè)小電容，以進(jìn)一步調(diào)整負(fù)載電容。

2. 驗(yàn)證整改效果

• 調(diào)整負(fù)載電容后，晶振能夠正常起振，設(shè)備恢復(fù)正常工作。通過示波器測量晶振的輸出信號(hào)，確認(rèn)信號(hào)的頻率、幅度和穩(wěn)定性均符合要求。

案例四：某工業(yè)控制器晶振信號(hào)干擾模擬電路整改

背景

某工業(yè)控制器在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)模擬信號(hào)采集部分出現(xiàn)噪聲和失真，經(jīng)排查是晶振的時(shí)鐘信號(hào)干擾了模擬電路。

整改前分析

檢查晶振的布局和走線，發(fā)現(xiàn)晶振與模擬電路的距離較近，且晶振走線與其他信號(hào)線之間的間距不足，導(dǎo)致信號(hào)之間的串?dāng)_。

整改過程

1. 調(diào)整布局與走線

• 將晶振重新布局，使其與模擬電路保持足夠的距離。重新設(shè)計(jì)晶振走線，增加晶振走線與其他信號(hào)線之間的間距，避免信號(hào)之間的串?dāng)_。

2. 增加屏蔽措施

• 在晶振周圍設(shè)置金屬屏蔽罩，并將屏蔽罩接地。屏蔽罩可以有效隔離晶振信號(hào)對模擬電路的干擾。

3. 驗(yàn)證整改效果

• 整改完成后，對工業(yè)控制器進(jìn)行功能測試和信號(hào)質(zhì)量測試。測試結(jié)果表明，模擬信號(hào)的噪聲和失真問題得到顯著改善，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。