某單板TVS接地不當造成輻射騷擾超標問題分析

某單板TVS接地不當造成輻射騷擾超標問題分析**【摘要】**某產品EMC輻射騷擾測試超標，通過近遠場掃描配合定位分析，逐步找出騷擾源、傳播路徑，最終通過修改PCB走線切斷傳播路徑解決此問題。1故障現象某產品在進行EMC研發(fā)摸底測試時發(fā)現，整機輻射騷擾垂直方向測試超標，超標點頻率為150MHz，同時伴有20MHz間隔的脈沖騷擾。在實驗室輻射騷擾的遠場掃描圖（垂直方向）如下圖1所示：圖1某產品輻射騷擾遠場掃描圖（垂直）2故障分析首先通過將系統單板逐一下電后掃描的排除法將150MHz頻點騷擾源定位在系統某單板上，該單板（后文簡稱A單板）在系統中完成的功能為時鐘及通信控制。A單板對外接口主要有以太網接口、光口和HDMI接口，其中HDMI接口為調試與時鐘級聯接口，輻射騷擾測試時不外接線纜。以太網接口測試時使用屏蔽網線通過電波暗室隔離底盤和輔助設備相連。拔掉A單板網線重新進行測試，測試結果通過。但是從測試數據中可以看出，150MHz的騷擾頻點仍然存在，只是幅值降低了6.8dB。通過頻譜分析儀搭配近場探頭對單板進行近場掃描，發(fā)現單板面板處靠近HDMI口和以太網口附近150MHz的騷擾較強,同時單板保護地和屏蔽網線上也有較大的騷擾。將頻譜儀掃描頻段設為從1MHz到200MHz展開，發(fā)現騷擾從10MHz開始出現，并且是10MHz的奇次諧波（10、30、50...130、150、170）。這些頻點和圖1遠場掃描100MHz~200MHz之間的騷擾頻點完全吻合。近場掃描圖如下圖2所示：圖2該單板網口附近近場掃描圖分析該單板的時鐘拓撲，單板上電后，FPGA邏輯控制10MHz基準時鐘輸出到HDMI接口做為調試和級聯輸出（如下圖3）。從近場掃描數據分析，騷擾源極有可能是單板上的這個10M時鐘輸出。為了進一步確認騷擾是由該時鐘引起，我們通過修改單板邏輯將輸出到HDMI口的10M時鐘關閉，近場掃描150MHz騷擾完全消失。問題定位到此騷擾源得到具體確認。圖3A單板時鐘拓撲圖（部分）10M時鐘騷擾如何通過網線輻射出來？查看單板原理圖，為了對HDMI接口信號進行靜電防護，10M_TEST時鐘信號輸出到外部時增加了一個對保護地的TVS（如下圖4所示）。該TVS參數為截止電壓VRWM=15.0V,擊穿電壓VBR=16.7V,結電容C0=80pF。圖4A單板HDMI10M_TEST時鐘電路分析A單板PCB（如下圖5），Test_10M時鐘從FPGA出來后通過內層走線引到HDMI接口，途中經過TVS進行靜電防護，該TVS接單板保護地。單板保護地和數字地隔離，保護地靠近單板板邊及接口，為一狹長區(qū)域。數字地為一完整地平面，FPGA參考地采用數字地。圖5A單板10M時鐘騷擾傳播路徑根據傅立葉(M．Fourier)分析原理證明，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數諧波的正弦波分量。根據傅里葉公式f(t)=A0/2+A1cos(ω1t+ψ1)+A2cos(2ω2t+ψ2)+A3cos(3ω3t+ψ3)+…+Ancos(ωnt+ψn)+…展開，10MHz時鐘基頻會產生不同分量的高次諧波。從近場掃描數據來看，情況也是如此。同時我們知道，電容在其諧振頻率點具有阻抗最小的特性（如下圖6所示）。如果10M時鐘的產生的高頻諧波分量頻率位于TVS結電容的諧振頻率點附近，則諧波騷擾電流將通過TVS結電容，則會形成上圖5所示的FPGA-TEST_10M-TVS-GNDP-FPGA的回流路徑。當單板插入屏蔽網線后測試，有一部分共模騷擾電流將流過網線屏蔽層，形成天線效應造成輻射騷擾測試超標。為了驗證此想法，將TEST_10M時鐘對保護地的TVS去除，插上網線后在暗室遠場掃描，測試結果通過，150M頻點完全消失。圖6理想電容的頻率特性**3故障解決**EMC的三要素為騷擾源、傳播路徑和敏感受體。騷擾源和傳播路徑得到確認后，整改的措施就變得簡單起來。我們從傳播路徑入手，將TEST_10M時鐘的TVS由保護地接到數字地，通過這樣改變了騷擾電流的回流路徑：FPGA-TEST_10M-GNDD-FPGA。騷擾電流不能再通過保護地流入到外接屏蔽線纜。經過上面整改措施后，整機的輻射騷擾結果得到了非常有效的改善，PCB改動后的遠場測試結果如下圖7所示（僅列出之前不通過的垂直方向，水平方向經測試一直可以通過）。同時對改動后的單板進行了接口靜電放電和浪涌試驗，達到的指標和未改動前一致，保證PCB改動對EMC抗擾設計沒有影響。圖7整改后的系統遠場掃描圖（垂直