车载通讯终端PCB晶振辐射骚扰的研究与整改

常 君，叶 丹，肖剑阁，王寅冬，孙宏宇

（东软集团 （大连）有限公司，辽宁 大连 116085）

1 引言

随着现代汽车电子设备的数量和密度增加，电磁兼容已成为汽车电子设备故障的一个重要和关键原因，对汽车的安全性、可靠性、舒适性起着决定性作用。各个车企针对其产品的电磁兼容要求或依据国际标准或有自己的企业标准，其标准也是供应商在产品设计和测试阶段的重要依据。

以车载通讯终端 （T-box）为例，该产品在前期设计时，需要依据车企标准对该产品进行电磁兼容辐射骚扰项目预测试，来确认产品是否符合车企的要求。当预测试中出现辐射超标点时，需要针对辐射骚扰源进行详细的排查，并采取一定的技术手段进行设计整改，从而降低产品对外辐射的能量，达到车企的要求。

2 测试及整改过程

2.1 测试布局环境

辐射测试布局依据如图1所示，根据车企标准要求，测试频率在470MHz以上时，要求天线中心正对产品中心，天线置放分水平和垂直两个方向，T-box水平置放在测试台上，工作在正常模式。实际布局如图2所示。

通过实验结果发现，当天线垂直方向置放检测时，在频率为470~800MHz范围内，该产品会产生两处频点 （783.35MHz，800MHz）辐射限值超出了车企标准阈值范围，并且通过直接辐射的形式对测试空间造成电磁干扰，因此需要整改。测试曲线如图3所示，测试结果详见表1。

图2 实际布局图

针对测试曲线结果分析，发现在测试曲线中有一个25MHz的3分频干扰尖峰脉冲叠加在基础曲线上，造成局部测量值超标，并且此尖峰脉冲伴随着470~800MHz整个区间。因此，需要结合产品原理设计，详细追查此干扰来源。

2.2 问题分析

骚扰源查找：通过对晶振电路原理分析 （图4），晶振的匹配电容 （C688、C689）、限幅电阻 （R732、R733）、并接电阻 （R142）一应俱全，并且发振裕度测试也是良好的，问题可能出在PCB设计上，对布局、布线进行设计分析，此PCB电路板为6层，在第1层至第6层都进行了晶振地回路隔离，在第2层进行了晶振回路单点接地，发现晶振的地回路阻抗太大。如图5所示。

耦合途径：此干扰脉冲属于高频段，是通过空间耦合方式辐射到测试空间的。

图3 测试曲线图

整改方法：降低地回路阻抗，因此，最有效的方案就是在第6层上整改。

表1 测试曲线数据

图4 原理图

2.3 整改方法

在测试现场对现有电路进行整改，在不完全改动PCB布局的情况下将晶振回路第6层底部PCB独立地与周边地连接，加强接地环路，降低地回路阻抗，如图6所示。经重新测试，测试结果如图7所示，由图中可以看出整改后效果显著，尤其是783.35MHz和800MHz两处余量>6dB，符合标准规定的辐射限值要求。复测数据曲线如表2所示。

3 设计总结

在通常电路设计中，造成电磁兼容辐射超标的原因是多方面的，最典型的辐射源莫过于晶振回路，因此在设计源头上就应该采取相应的预防措施，可以从原理图设计和PCB设计两方面入手。

图5 PCB

表2 复测曲线数据

图6 整改PCB第6层

图7 复测图片

3.1 原理图设计方面

通常针对晶振回路采用的方法如下。

1）匹配电容：选用匹配的晶振起振电容，并且需要测试晶振的发振裕度。

2）限幅电阻：预留限幅电阻，减小晶振输出的振动能量，避免过度的EMC辐射能量。

3）并联电阻：预留并联电阻，可以稳定晶体阻抗，提高震荡电路的稳定性。

3.2 PCB设计方面

通常针对晶振回路采用的方法如下。

1）晶振的滤波电容与匹配电阻布局需按照信号流向自然排布，且靠近晶振摆放整齐、紧凑，避免空间过大，滤波电容的回流地路径一定要短。

2）晶振回路布线靠MCU越近越好，防止受到其他信号干扰，当然也防止它干扰别的线路；走线尽量短而直，线宽>10mil，线路所有转折处要以弧角处理 （不可有尖角，避免尖端聚积电荷）。

3）晶振输出端引线与MCU在PCB的布局在同一层，不能有过孔和穿层。

4）晶振回路布局要远离l/O接口处，避免距离I/O口过近，通过接口缝隙对外有EMC辐射。

5）晶振回路不要靠近板边，且板边走地线环绕时，需打通孔。

6）晶振回路下面所有层不能走线，尤其是高速信号线。

7）晶振回路要远离电源线以及其他敏感信号线，尤其是数字信号线，如时钟CLK、数据TX、RX线等。

8）晶振回路附近不要有开关电源回路，尤其是DC/DC电感器件。

9）晶振回路周边要做包地走线处理，并且要打屏蔽地孔。

10）为了减小辐射，可对晶振回路及MCU电路预留屏蔽壳。

11）晶振回路在PCB上的影射区域要有完整的铺GND铜皮。

12）尽量选择铁壳晶振，因其抗干扰能力强。

13）晶振回路附近不要摆放大功率器件，如电源芯片、MOS管、电感等发热量大的功率器件；同时也不要有敏感器件，例如G-sensor芯片。

4 结语

电磁兼容辐射骚扰试验是汽车电子产品不可缺少的试验，尤其很多含有晶振电路的设备在进行该项试验时，很容易出现由于晶振辐射过大造成辐射超标的现象。因此需要针对干扰源的晶振回路进行整改，以上方法对于通过该试验具有一定的帮助。纵观实验的整改过程，深深体会到，在产品设计之初，就需要对晶振回路PCB设计和布局进行充分考虑，包括对以往问题点的避让等，都能够在一定程度上降低实验成本。本文的思路和方法也可以用于其他设备中的晶振设计和整改方面的参考。