SPI Flash芯片辐射发射（RE）问题调试案例
01、问题现象描述
某款显示器产品在10米法电波暗室进行辐射（RE）发射测试时,发现93MHz频点余量不满足6dB管控要求，具体测试数据如下：图1：辐射发射测试数据
改变输入信号模式、更换测试设备、更换测试线缆均不影响测试结果，基本排除测试环境的影响。移除机内所有连接线缆，对测试结果无任何影响，排除噪声通过线缆耦合的路径，基本锁定噪声源来自驱动电路板自身。![]()
图2：产品形态图
02、问题分析定位
使用频谱分析仪近场探头进行分析定位，锁定干扰源来自SPI Flash芯片时钟信号的高次谐波干扰。尝试修改SPI Flash芯片时钟信号的滤波电路参数，无明显改善；检查PCB Layout设计SPI Flash芯片时钟信号参考地比较完整，两侧包地也比较完整，基本排除时钟信号回流路径不完整及时钟信号串扰问题的可能性。![]()
图3：SPI Flash芯片PCB Layout图
使用频谱分析仪的尖形探头，查找噪声源具体位置时，发现SPI Flash芯片供电电源引脚的噪声干扰也非常大，量测SPI Flash芯片附件参考地时，发现地噪声也非常严重。地平面噪声大通常是由某颗电容的滤波回流路径失控、信号回流路径失控引起，通过分析基本上排除时钟信号回流路径的问题，基本判断是滤波电容的路径问题。
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图4：SPI Flash芯片供电电源引脚频谱图
将SPI Flash芯片周围滤波电容逐个拆除，量测地平面噪声变化情况，分析过程发现将SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容拆除，地平面上噪声改善非常明显，重新进行辐射发射测试，结果符合余量管控要求。![]()
图5：SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容移除后辐射发射测试数据
删除SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容后，地平面上的噪声降低非常明显，供电电源引脚本身的噪声却变得更强，而从辐射发射测试结果却改善明显，则说明滤波电容的滤波环路较大，使地平面被污染。03、问题原因深入分析
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图6：SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容回流芯片地引脚存在换层
深入分析发现SPI Flash芯片供电电源引脚的滤波电容，其接地端未在同层回流到SPI Flash芯片地引脚，而是通过换层后回流到芯片地引脚，换层后滤波回流路径基本上是处于失控状态。分析其它使用相同方案不同布局方式的驱动电路板，其辐射发射测试结果是符合6dB余量管控要求的，原因则是SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容接地端同层回流芯片地引脚。![]()
图7：SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容同层回流芯片地引脚
SPI Flash供电电源引脚滤波电容的接地端，同层回流到SPI Flash接地引脚，滤波路径回流路径可控且保持滤波环路面积最小化；SPI Flash供电电源引脚滤波电容的接地端，换层回流到SPI Flash接地引脚，滤波路径回流路径失控且滤波环路面积也不可控。
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图8：SPI Flash芯片电路设计
SPI Flash供电电源引脚本身应该不会产生时钟信号高次谐波噪声，其噪声应该来自SPI Flash芯片内部的电路串扰，将时钟噪声及其高次谐波耦合出来。04、问题根因分析
通过分析试验验证，问题产生的根因分析如下：
SPI Flash芯片在工作时，时钟信号基频及高次谐波干扰通过SPI Flash芯片电路耦合到SPI Flash芯片的电源引脚。而电源引脚滤波电容将噪声滤除时回流到源端的路径设计失控，导致参考地平面噪声较大，形成天线效应进行空间辐射。SPI Flash芯片内部电路串扰大小取决于芯片的电路设计，其芯片的封装设计，通过滤波电容进行滤除可以有效降低电源引脚的高频噪声，滤波回流路径需要有效控制。05、问题解决方案
通过分析验证，拟定问题的解决方案如下：
问题解决方案（一）：
SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容接地端，同层回流到SPI Flash芯片接地引脚，缩小SPI Flash芯片电源引脚滤波环路面积，降低地平面噪声。![]()
图9：SPI Flash芯片供电电源引脚滤波电容接地点修改
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图10：修改SPI Flash滤波电容接地后的辐射测试数据。
问题解决方案（二）
修改SPI Flash芯片供电电源引脚滤波参数：RF4位置由0ohm电阻改为300ohm磁珠，CF4电容由0.1uF改为1000pF，降低高频噪声耦合到参考地的能量，通过串联磁珠衰减。 图11：SPI Flash芯片供电电源滤波参数修改
以上两种方案均可以满足辐射发射（RE）测试6dB余量要求时，考虑到SPI Flash的电源引脚滤波电容参数修改、磁珠修改会影响其电源纹波，降低其使用寿命，结合成本等综合评估使用方案（一）。06、案例思考与启示
芯片内部电路串扰引起的辐射发射问题越来越多，耦合路径也越来越复杂。时钟信号回流路径最小化、开关电源环路面积最小化的问题很容易引起工程师的重视，而电源引脚的滤波环路面积最小化却很容易被工程师们忽略，引起非常隐蔽的EMC问题。这个案例给我们大家的启示是滤波电容的滤波环路面积最小化应引起足够重视。![]()
