SPI Flash芯片輻射發(fā)射（RE）問題調(diào)試案例
01、問題現(xiàn)象描述
某款顯示器產(chǎn)品在10米法電波暗室進行輻射（RE）發(fā)射測試時,發(fā)現(xiàn)93MHz頻點余量不滿足6dB管控要求，具體測試數(shù)據(jù)如下：
圖1：輻射發(fā)射測試數(shù)據(jù)
改變輸入信號模式、更換測試設(shè)備、更換測試線纜均不影響測試結(jié)果，基本排除測試環(huán)境的影響。移除機內(nèi)所有連接線纜，對測試結(jié)果無任何影響，排除噪聲通過線纜耦合的路徑，基本鎖定噪聲源來自驅(qū)動電路板自身。
圖2：產(chǎn)品形態(tài)圖
02、問題分析定位
使用頻譜分析儀近場探頭進行分析定位，鎖定干擾源來自SPI Flash芯片時鐘信號的高次諧波干擾。嘗試修改SPI Flash芯片時鐘信號的濾波電路參數(shù)，無明顯改善；檢查PCB Layout設(shè)計SPI Flash芯片時鐘信號參考地比較完整，兩側(cè)包地也比較完整，基本排除時鐘信號回流路徑不完整及時鐘信號串擾問題的可能性。
圖3：SPI Flash芯片PCB Layout圖
使用頻譜分析儀的尖形探頭，查找噪聲源具體位置時，發(fā)現(xiàn)SPI Flash芯片供電電源引腳的噪聲干擾也非常大，量測SPI Flash芯片附件參考地時，發(fā)現(xiàn)地噪聲也非常嚴重。地平面噪聲大通常是由某顆電容的濾波回流路徑失控、信號回流路徑失控引起，通過分析基本上排除時鐘信號回流路徑的問題，基本判斷是濾波電容的路徑問題。
圖4：SPI Flash芯片供電電源引腳頻譜圖
將SPI Flash芯片周圍濾波電容逐個拆除，量測地平面噪聲變化情況，分析過程發(fā)現(xiàn)將SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容拆除，地平面上噪聲改善非常明顯，重新進行輻射發(fā)射測試，結(jié)果符合余量管控要求。
圖5：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容移除后輻射發(fā)射測試數(shù)據(jù)
刪除SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容后，地平面上的噪聲降低非常明顯，供電電源引腳本身的噪聲卻變得更強，而從輻射發(fā)射測試結(jié)果卻改善明顯，則說明濾波電容的濾波環(huán)路較大，使地平面被污染。
03、問題原因深入分析
圖6：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容回流芯片地引腳存在換層
深入分析發(fā)現(xiàn)SPI Flash芯片供電電源引腳的濾波電容，其接地端未在同層回流到SPI Flash芯片地引腳，而是通過換層后回流到芯片地引腳，換層后濾波回流路徑基本上是處于失控狀態(tài)。分析其它使用相同方案不同布局方式的驅(qū)動電路板，其輻射發(fā)射測試結(jié)果是符合6dB余量管控要求的，原因則是SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地端同層回流芯片地引腳。
圖7：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容同層回流芯片地引腳
SPI Flash供電電源引腳濾波電容的接地端，同層回流到SPI Flash接地引腳，濾波路徑回流路徑可控且保持濾波環(huán)路面積最小化；SPI Flash供電電源引腳濾波電容的接地端，換層回流到SPI Flash接地引腳，濾波路徑回流路徑失控且濾波環(huán)路面積也不可控。
圖8：SPI Flash芯片電路設(shè)計
SPI Flash供電電源引腳本身應(yīng)該不會產(chǎn)生時鐘信號高次諧波噪聲，其噪聲應(yīng)該來自SPI Flash芯片內(nèi)部的電路串擾，將時鐘噪聲及其高次諧波耦合出來。
04、問題根因分析
通過分析試驗驗證，問題產(chǎn)生的根因分析如下：
SPI Flash芯片在工作時，時鐘信號基頻及高次諧波干擾通過SPI Flash芯片電路耦合到SPI Flash芯片的電源引腳。而電源引腳濾波電容將噪聲濾除時回流到源端的路徑設(shè)計失控，導(dǎo)致參考地平面噪聲較大，形成天線效應(yīng)進行空間輻射。SPI Flash芯片內(nèi)部電路串擾大小取決于芯片的電路設(shè)計，其芯片的封裝設(shè)計，通過濾波電容進行濾除可以有效降低電源引腳的高頻噪聲，濾波回流路徑需要有效控制。
05、問題解決方案
通過分析驗證，擬定問題的解決方案如下：
問題解決方案（一）：
SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地端，同層回流到SPI Flash芯片接地引腳，縮小SPI Flash芯片電源引腳濾波環(huán)路面積，降低地平面噪聲。
圖9：SPI Flash芯片供電電源引腳濾波電容接地點修改
圖10：修改SPI Flash濾波電容接地后的輻射測試數(shù)據(jù)。
問題解決方案（二）
修改SPI Flash芯片供電電源引腳濾波參數(shù)：RF4位置由0ohm電阻改為300ohm磁珠，CF4電容由0.1uF改為1000pF，降低高頻噪聲耦合到參考地的能量，通過串聯(lián)磁珠衰減。
圖11：SPI Flash芯片供電電源濾波參數(shù)修改
以上兩種方案均可以滿足輻射發(fā)射（RE）測試6dB余量要求時，考慮到SPI Flash的電源引腳濾波電容參數(shù)修改、磁珠修改會影響其電源紋波，降低其使用壽命，結(jié)合成本等綜合評估使用方案（一）。
06、案例思考與啟示
芯片內(nèi)部電路串擾引起的輻射發(fā)射問題越來越多，耦合路徑也越來越復(fù)雜。時鐘信號回流路徑最小化、開關(guān)電源環(huán)路面積最小化的問題很容易引起工程師的重視，而電源引腳的濾波環(huán)路面積最小化卻很容易被工程師們忽略，引起非常隱蔽的EMC問題。這個案例給我們大家的啟示是濾波電容的濾波環(huán)路面積最小化應(yīng)引起足夠重視。