輻射超標(biāo)，沒想到是機(jī)殼地的設(shè)計(jì)問題！
發(fā)布時(shí)間：2022-03-28 16:50
大家可能已經(jīng)習(xí)慣了高速先生善于解決各種高速信號和電源信號的疑難雜癥，讓很多從事EMC行業(yè)的粉絲們感覺格格不入。別急，今天就show一下我們在EMC方面的積累案例哈！
高速先生真的不只是專注于高速信號哈，其實(shí)我們也持續(xù)在研究EMC方面的理論，同時(shí)也積累了很多debug的案例和PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最近也收到很多粉絲要求，讓我們分享一些EMC的設(shè)計(jì)案例，就今天，高速先生就給大家分享這么一個(gè)簡單但是卻很隱蔽的EMC設(shè)計(jì)問題。
案例來自一家和我們深度合作很多年的戰(zhàn)略客戶，我們在高速上合作比較的多，其實(shí)這個(gè)項(xiàng)目本身也是一個(gè)高速的項(xiàng)目，板上最高速的是25G的光模塊信號鏈路。這個(gè)項(xiàng)目由我們的PCB工程師設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真，當(dāng)然仿真的是25G信號本身的通道性能，在確定仿真pass之后，設(shè)計(jì)工程師按照我們給出的建議去修改并制板加工和焊接，客戶拿到完成的板卡之后首先進(jìn)行25G光模塊誤碼率的測試，測試發(fā)現(xiàn)沒有問題，雖然我們的仿真是pass的，但是每一次客戶真正調(diào)試成功我們才能放心。
當(dāng)我們認(rèn)為又是一個(gè)對于高速先生很常規(guī)的仿真設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，客戶居然拿這塊板去做了一個(gè)之前不需要做的測試，那就是EMC的輻射測試！而且更打擊的是，在進(jìn)行3M的遠(yuǎn)場測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)在25G的頻點(diǎn)輻射還稍有超標(biāo)，要求是60dBuV/m，我們測試多了一丟丟，測試項(xiàng)為FCC part15 Class A，測試結(jié)果是下面這樣的：
在25G的頻點(diǎn)輻射超標(biāo)，目標(biāo)肯定直接指向了光模塊的設(shè)計(jì)上，我們知道輻射的能量正相關(guān)于光模塊的輸出幅度，因此我們?yōu)榱烁玫呐袛喙饽K輸出對輻射指標(biāo)的影響，我們建議客戶調(diào)節(jié)下FPGA的輸出幅度（當(dāng)前結(jié)果是輸出幅度為892mV情況下測試），看看光模塊的接收幅度變化對輻射的影響，按照我們的建議，客戶進(jìn)行了測試，列表如下：
通過測試結(jié)果傳遞給我們兩個(gè)重要的信息：
1， 的確是光模塊鏈路導(dǎo)致的輻射影響；
2， 降低FPGA輸出幅度會減小輻射噪聲，并成功通過EMC測試指標(biāo)；
3， 但是降低FPGA幅度可能會對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響；
當(dāng)我們明確了光模塊導(dǎo)致的影響后，那我們就看看PCB設(shè)計(jì)上還有什么可以優(yōu)化的點(diǎn)，我們打開PCB文件，聚焦到該光模塊區(qū)域的設(shè)計(jì)里面，發(fā)現(xiàn)了很重要的一個(gè)點(diǎn)：
在TOP層，也就是光模塊的焊接層，我們的機(jī)殼地是很好的連接起來的，如下所示：
于是我們再看看針腳那邊的BOTTOM層，發(fā)現(xiàn)機(jī)殼地并沒有接上，而是鋪的是常規(guī)的數(shù)字地，高速先生咨詢了設(shè)計(jì)工程師，他表示鋪數(shù)字地可以更好的屏蔽板內(nèi)的光模塊信號，提供隔絕串?dāng)_和回流的作用，沒有往EMC輻射這方面進(jìn)行更多的權(quán)衡。高速先生評估之后，認(rèn)為這個(gè)地方的鋪數(shù)字地對信號的串?dāng)_和回流本身其實(shí)幫助不大，因?yàn)樽呔€沒有參考到這一層，相反接上機(jī)殼地的話，是更有可能對輻射的屏蔽產(chǎn)生正面的作用，因?yàn)楣饽K的外殼和針腳都連接到BOTTOM層的位置去了。
于是我們和客戶商量之后，決定快速的再加工一版驗(yàn)證下，包括高速信號本身的大部分設(shè)計(jì)都不做改動(dòng)，只是把BOTTOM這個(gè)機(jī)殼地像TOP層這樣連接起來，如下所示：
很快板子重新完成了，客戶再進(jìn)行測試后給出了大家都滿意的答案，在原有的FPGA輸出幅度的情況下再進(jìn)行EMC測試，成功將這個(gè)頻點(diǎn)的輻射壓低了， 滿足了輻射的指標(biāo)，而高速信號通道本身的測試也并沒有問題，這下客戶終于可以安心的結(jié)項(xiàng)了！
最后客戶也很感慨的表示，在沒測試輻射這個(gè)指標(biāo)之前，還一直覺得機(jī)殼地的設(shè)計(jì)不會有那么重要的影響，通過這個(gè)案例后，看能不能對重視EMC輻射影響的粉絲們提供一些有意義的PCB設(shè)計(jì)思路哈！
