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标题: 【小白案例】--思维发散，电容滤波典型案例 [打印本页]

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-18 16:13
标题: 【小白案例】--思维发散，电容滤波典型案例
某产品，基本结构如下图所示，电源板是放置在主板上方，主板Top和Bottom都有shielding
(, 下载次数: 221)
问题点：RE测试中。216MHz Margin不足
分析：
1.检查此频点并非是周边线缆带出的
2.观察此频点波形，经验上判断是时钟而且基频是54MHz，常见的AV时钟信号
3.此产品在使用不同的电源板时此频点的余量是有差别的，怀疑电源板带出此频点
4.将电源板和主板分离，使用导线连接，发现此频点降了不少，确定问题点在主板
5.对主板进行近场分析，发现在主板与电源板连接器附近的区域能量较高，而且是在gnd和12v power上，这里说明主板上的杂讯是被电源板带出。
6.确定了power net的原因，来看看net的layout，注意到这里12v power net是给一颗芯片供电的，其中有8pin power，每一个pad上0.1uf Bypass cap,
我们对策使用以下办法均无法有效降低辐射水平
 使用1000pf、100pf、0.1uf、0.01uf不同组合
 在Power net已经芯片周边接地
 在A处割断增加电感和电容
 连接芯片以及12v Power Net周围的Gnd
(, 下载次数: 218)
7.思考，Gnd和电源上都存在能量，一般来说Gnd上能量不会很高，而且电源Net在内层，怎么会被电源板带出杂讯呢？他们之间的连接是什么呢？
8pcs Bypass Cap，他们是连接12v power net 和 gnd 的桥梁，如果没有桥梁，会发生什么情况呢？激动人心，居然达到10dB以上！
8.最终的对策居然是取消Bypass Cap，让人匪夷，但是这里电容不能取消？为什么？同事告诉我们对芯片工作有影响？不怕，我们在A处增加了电感和电容做滤波电路，解决问题！
对策后检讨
1.这里的216MHz杂讯从何而来，近场分析，12v power net，为IC供电的这一段net有杂讯，但下半段为CPU供电的net，居然是异常干净，百思不得其解
2.使用JW 为IC供电，发现即使在8pcs Cap 存在的情况下，杂讯也是不存在的
3.寻找主板上和216MHz有关的信号线，分别使用滤波 JW等方法，判断他们对12V power Net的影响，寻找出一条，而且在随后的改版中修改这条信号线走线，产品此频点余量满足要求
4.对此案例的疑问点在于，为什么12v power net上半段有杂讯，为什么下半段缺无杂讯呢？
5.我们在电源出现问题的时候，大部分会选择增加电容滤波，但有时，我们也可以反其道而行之，总之EMC是个实践性极强的工作，只有不断的尝试，才可以取得成功！

作者: 桃花岛主 时间: 2013-8-18 23:50
这样的案例真好，很锻炼人；
小白说的对，EMC实践性很强，当然设计时要用理论，样机出来在测试整改，回过头来再分析，这样可能理解的更透彻；
顺便问下，JW是什么？
按你的整改，应该是时钟串到了电源，这里，应该还是时钟布线有问题，可能是回路的问题；
IC去掉电容后反而通过，按传统确实匪夷所思，因为IC去耦很有必要，你的IC是什么，存储吗？

作者: admin 时间: 2013-8-18 23:52
请问能否总结成案例在《电磁兼容工程师》发表，谢谢。

作者: walterP 时间: 2013-8-19 11:37
JW应该是跳线

作者: mic29 时间: 2013-8-19 11:53
小白實在厲害，我想不到要拿掉電容！

個人一些想法請各位指教

1. 既然有共地耦合，應該就有共電源耦合。這可以解釋為何12v power net上半段有杂讯，下半段缺无杂讯

也因此可以說問題在IC，而不是CPU
而要請小白確認一下，54MHZ是否為IC所用，而非CPU

作者: mic29 时间: 2013-8-19 12:00
2. 既然是時鐘信號耦合到電源層，不曉得小白有沒有確認過54MHZ的CRYSTAL/OSCILLATOR的電源是否有做適當的濾波？是否有線路靠近CRYSTAL/OSCILLATOR而耦合？

再者，VCC是否有依照20H RULE設計？

作者: mic29 时间: 2013-8-19 12:06
3. POWER BOARD 與MAIN BOARD間的PIN ASSIGNMENT是否合理？
主板連接器附近是否有足夠的去耦電容？

作者: mic29 时间: 2013-8-19 13:20
4. 取消8顆BYPASS CAP會對芯片有影響，所以這8顆電容其實是濾波電容（而非旁路BYPASS），為維持芯片工作電壓而存在？這8顆電容在PCB上的哪裡？
但為何在A處加濾波就好了？不懂！

作者: walterP 时间: 2013-8-19 14:06
搞不懂，一般电源线上有杂波，通过电容导入地，给杂波一个回流路径，这样地上是有杂波，但是不会辐射出去。而这个案例中是通过地辐射出去的，那这几个电容旁路的地是什么形状的，有多大，和地平面的连接怎么样？

作者: walterP 时间: 2013-8-19 14:12
或者是说地上面有杂讯，通过电容到power net，然后通过电源板辐射出去，A处的滤波是将杂讯与电源板隔离开来？

作者: mic29 时间: 2013-8-19 15:07

walterP 发表于 2013-8-19 14:12
或者是说地上面有杂讯，通过电容到power net，然后通过电源板辐射出去，A处的滤波是将杂讯与电源板隔离开来 ...

小白說主板Top和Bottom都有shielding，我想這應該是表示兩面都是GND，所以若是GND有雜訊，不需要這幾顆電容就會輻射了

所以我也認為是VCC的雜訊經由這幾顆電容跑到GND而輻射，沒有這幾顆電容時，雜訊會經由其他阻抗較大但不會產生輻射的路徑會到SOURCE

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:16

桃花岛主发表于 2013-8-18 23:50
这样的案例真好，很锻炼人；
小白说的对，EMC实践性很强，当然设计时要用理论，样机出来在测试整改，回过 ...

JW 就是跳线。呵呵
这颗IC视频显示类的IC

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:28

admin 发表于 2013-8-18 23:52
请问能否总结成案例在《电磁兼容工程师》发表，谢谢。

饿，因为保密的原因电路和layout是不能发出来的，您看看，我用示意图的这种方式整理出来可以吗？

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:31

mic29 发表于 2013-8-19 11:53
小白實在厲害，我想不到要拿掉電容！

個人一些想法請各位指教

我也在想这个问题，同一个net，为什么差距这么大，最大的疑点是IC，IC下方也是有一条信号线，我使用bead、电容、跳线进行验证，无用。又对芯片的信号线做了检查，未发现有问题的信号线。这一点是这个案例最大的疑点。实在是想不通

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:32

mic29 发表于 2013-8-19 12:00
2. 既然是時鐘信號耦合到電源層，不曉得小白有沒有確認過54MHZ的CRYSTAL/OSCILLATOR的電源是否有做適當的濾 ...

54MHz的Clock Generator电源有严格的去耦，另外，VCC 的设计也是符合20H的规定。

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:37

mic29 发表于 2013-8-19 12:06
3. POWER BOARD 與MAIN BOARD間的PIN ASSIGNMENT是否合理？
主板連接器附近是否有足夠的去耦電容？

1.主板连接器有三颗去耦电容分别为100uf 0.1uf 1000pf
2.power board 与 main board之间的除了此处的连接为1pin 12v；1pin gnd，另外还有5pin的连接器连接
3.这里我在怀疑power board 和main board之间地的连接是否出现了问题，进行验证，结果现实没有问题。

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:40

mic29 发表于 2013-8-19 13:20
4. 取消8顆BYPASS CAP會對芯片有影響，所以這8顆電容其實是濾波電容（而非旁路BYPASS），為維持芯片工作電 ...

前辈，这一点也是我感到不解的地方，8颗 bypass分布在 main board bottom，为什么在A点加电感可以，小弟还真没有详细的研究，需要问问HW，当时时间赶，一心想着赶快定对策，没太关注，请教HW后给大家解答。

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-19 21:43

walterP 发表于 2013-8-19 14:06
搞不懂，一般电源线上有杂波，通过电容导入地，给杂波一个回流路径，这样地上是有杂波，但是不会辐射出去。 ...

Reference plane 是完整的Gnd，而芯片附近的gnd，我不方便拿出layout来看，此处的gnd是非常完整的。按我的思路，gnd辐射出去，应该是通路出现了问题，但是此处的gnd，我在去做处理的时候，只有一个接地点可以提升，但余量还是没有特别大。

作者: allenhua 时间: 2013-8-20 20:22
电源平面谐振了，而其它地方因为有电容，阻抗低；而在A点加电容，又是会让谐振点更高！

可以利用Allegro自带的PI仿真软件看看目标阻抗。

作者: admin 时间: 2013-8-20 22:50

阿飞小白发表于 2013-8-19 21:28
饿，因为保密的原因电路和layout是不能发出来的，您看看，我用示意图的这种方式整理出来可以吗？

可以，但是文章尽量以正式案例的形式，比如故障现象、原因分析、改进措施、改进效果、思考与启示这种步骤写出来，谢谢。

作者: kenji 时间: 2013-8-21 10:00
有没有可能最简单的说是IC下方的参考被破坏？

作者: mic29 时间: 2013-8-21 10:07

allenhua 发表于 2013-8-20 20:22
电源平面谐振了，而其它地方因为有电容，阻抗低；而在A点加电容，又是会让谐振点更高！

可以利用Allegro ...

如果是電源平面諧振，加了電容後C變大，諧振頻率是否該降低，而不是升高？

假設是電源平面諧振，使電源平面容易輻射，但PCB兩面有GND SHIELDING，又有20H RULE
而且PCB對角長度需達35公分才有機會成為216MHZ的理想輻射天線，但這塊PCB看來不大，還必須假設電源平面完整（但看來不是）

所以我覺得因電源平面諧振而輻射的機率應該不大，但也僅止於推論

作者: allenhua 时间: 2013-8-21 12:51
1. 单板电源平面构成谐振的话，是以GND平面一起作用的！因此，GND屏蔽说法是不妥的....(正如警察与小偷一起犯罪，这个时候警察就不在是警察）

2. 这个电源平面谐振，谐振产生的高能量通过主板与电源板之间的电缆进行一起来看！这样的长度就大

3. 我想您还应该记得起来，电容的并联使用会形成反谐振的原理，所以不是任何时候电容都有效！

作者: walterP 时间: 2013-8-21 15:44

allenhua 发表于 2013-8-21 12:51
1. 单板电源平面构成谐振的话，是以GND平面一起作用的！因此，GND屏蔽说法是不妥的....(正如警察与小偷一 ...

电源平面和地怎么一起作用谐振？是通过两者之间的分布电容吗？

作者: 阿飞小白 时间: 2013-8-21 21:23

kenji 发表于 2013-8-21 10:00
有没有可能最简单的说是IC下方的参考被破坏？

IC下方是完整的GND

作者: mic29 时间: 2013-8-22 09:50

allenhua 发表于 2013-8-21 12:51
1. 单板电源平面构成谐振的话，是以GND平面一起作用的！因此，GND屏蔽说法是不妥的....(正如警察与小偷一 ...

我想，電源平面發生諧振，可能是與GND平面諧振，也可能不是，但與GND諧振的確是可能之一
譬如說，電源平面自身的寄生電感，或者長度、尺寸（類似天線原理與腔體諧振cavity resonance）,或者PCB上的其他LAYER（其他VCC、SIGNAL）
你舉的這個警察小偷的例子，真的很棒，簡單明瞭！

再來想請教各位一個困擾了我一段時間的問題
在我的認知中，諧振時只是阻抗變低，能量在經過變低的阻抗後，會變得比較大，但是不會變得比原來更大，也就是不會有增益出現
我一直在想，如果能量能經由諧振而變大，那人類就有無窮盡且無污染的能源了，這種發明，Nobel Priz也不足以表揚
我的認知錯了嗎？

啊！电容并联使用会形成反谐振的原理，我完全不記得了，汗顏！我有學過嗎？
誰有資料讓我溫習一下，感謝！

作者: walterP 时间: 2013-8-23 13:56

mic29 发表于 2013-8-22 09:50
我想，電源平面發生諧振，可能是與GND平面諧振，也可能不是，但與GND諧振的確是可能之一
譬如說，電源 ...

对于电路的谐振，阻抗A+Bj，A是有功率消耗的，B是没有的，B会通过振荡储存能量。若是没有A，则能量在B中一直等幅振荡；若是没有B，则能量直接在A上进行消耗；A和B在一起就是振荡衰减。对于腔体，电磁波在里面会有反射，谐振时，恰好反射波和发射波的相位相同，进行叠加，所以在幅度上来看最大值是增大了，能量还是不变。

作者: mic29 时间: 2013-8-23 14:17
感謝walterP，我書讀得太少了！還真的對振盪衰減這段完全沒印象

先問個蠢問題，振盪衰減等於反諧振嗎？
雖然還有些問題想問，但還是先去翻些書再說

作者: walterP 时间: 2013-8-23 16:00

mic29 发表于 2013-8-23 14:17
感謝walterP，我書讀得太少了！還真的對振盪衰減這段完全沒印象

先問個蠢問題，振盪衰減等於反諧振嗎？
...

不懂反谐振，先去百度下

作者: walterP 时间: 2013-8-23 16:04

mic29 发表于 2013-8-23 14:17
感謝walterP，我書讀得太少了！還真的對振盪衰減這段完全沒印象

先問個蠢問題，振盪衰減等於反諧振嗎？
...

反谐振就是并联谐振？

作者: walterP 时间: 2013-8-23 16:19
只有不同容值的电容并联使用时，因为各自的谐振点不同，才会产生并联谐振（反谐振）。
而小白的8个0.1uf的电容应该是一样型号的，产生谐振的可能性不大。

作者: mic29 时间: 2013-8-26 10:08
多謝各位指點，又長知識了！

作者: mac_du 时间: 2013-9-1 13:50
共电源耦合

作者: mic29 时间: 2013-9-11 10:55

mac_du 发表于 2013-9-1 13:50
共电源耦合

瞭解，多謝了！

作者: yuanfang 时间: 2013-9-13 13:37
学习了

作者: mic29 时间: 2013-10-1 08:53
前幾天翻資料發現8pcs Bypass Cap可以改為PI型濾波，應該就可以保留這8pcs Bypass Cap也濾除雜訊

作者: 阿飞小白 时间: 2013-10-1 11:28

mic29 发表于 2013-10-1 08:53
前幾天翻資料發現8pcs Bypass Cap可以改為PI型濾波，應該就可以保留這8pcs Bypass Cap也濾除雜訊

PI滤波是不是适用于源和负载都是高阻的情况，这里如何替代，有些不明白，请前辈指教。

作者: mic29 时间: 2013-10-2 11:09
理論上是適用於兩邊都是高阻的狀況

實際作法應該是在電源輸入端做好分割，以L為橋

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