为了研究PCB集成电路板中时钟引起的电磁兼容问题，采用了仿真数值计算的方法，对时钟电路的电磁兼容设计时几种主要影响因素进行分析研究，确定了在PCB集成电路板设计时的时钟选择原则，以及时钟电路电磁兼容设计时的具体对象和内容，通过优化时钟设计的布局和布线来达到提高了PCB板电磁兼容设计。最后提出了可以有效切断PCB板上时钟干扰传播途径的几种措施，为工程技术人员提供一种解决相关问题的思路。
0 引言
众所周知，电磁兼容的3要素是电磁干扰源、被干扰对象和传播电磁干扰的途径。PCB板上安装的时钟信号是一种引起PCB板电磁兼容问题的常见而又非常重要的辐射源。尽管时钟信号与其他数据信号、控制信号的逻辑电平一般都是一样的，翻转速率一般也没有太大的差别(大多数总线数据率与时钟信号翻转速率之比是1：1或者1：2)，但由于时钟信号之所以更容易接近或者超过辐射发射的限值，主要原因是时钟信号是比较严格的周期信号，其在频域的能量主要集中在某些频点上，而数据信号是非周期信号，在频域上的能量也是比较分散的。因此，良好的时钟电路设计是PCB板的电磁兼容设计的关键。
1 时钟信号的频谱
根据傅里叶展开可以得到，一个幅度为A，周期为T，脉冲宽度为t0，上升下降时间为tr的梯形时钟波形，其在n次谐波处的谐波分量为：
式中C(n)为n次谐波处的谐波分量，单位：V或dBμV。
从上面梯形时钟波形的傅里叶级数可以看出，影响时钟信号辐射强度的因素有时钟波形的幅度A、占空比(t0+tr)／T、时钟周期T(或者时钟频率f)、以及时钟波形的上升时间和下降时间。其中时钟信号的幅度与其产生的干扰直接线性相关，上升时间和下降时间对时钟高次谐波的影响至关重要。
2 时钟频谱的影响因素
2．1 时钟上升时间对辐射的影响
假设有2个时钟信号，幅度都为1 V，频率都为50 MHz，上升时间分别为2 ns和4 ns。根据上面的傅里叶变换可以得到2个时钟信号的频谱分布，如图1所示。
2．2 时钟频率对辐射的影响
假设有2个时钟信号，幅度都为1 V，上升时间都为3．33 ns，重复频率为30 MHz和90 MHz，根据上面的傅里叶变换可以得到2个时钟信号的频谱分布。
2．3 时钟频谱的比较
从图1可以看出，时钟谐波干扰尤其是高次谐波干扰的强度会随着上升和下降时间的降低而大大加强，2 ns上升时问的时钟的高次谐波比4 ns上升时间的对应谐波高出1～2倍。
当上升下降时间相同时，周期T(或者基频f)的高低对时钟产生的高次谐波干扰的影响非常大，图2和图3分别是重复频率30MHz和90MHz，上升时间都为3.33 ns，幅度为1 V的梯形时钟波谐波干扰的大小。从图中可以看出，2种时钟在270 MHz的谐波干扰，90 MHz时钟在270 MHz(3次谐波)的谐波干扰比30 MHz时钟在270 MHz(9次谐波)的谐波干扰高出15 dB左右；再比较90 MHz时钟在810 MHz(9次谐波)的谐波干扰比30MHz时钟在810 MHz(27次谐波)的谐波干扰高出12 dB左右。
因此在进行时钟系统设计时，在条件允许的情况下优先选用较低的时钟频率，比如在设计以太网的PHY芯片时既有采用125 MHz外部时钟的也有采用25 MHz外部时钟的，如果在其他技术条件允许应优先选用外部时钟为25 MHz的芯片，而且在各方面技术条件都满足的情况下优先选择上升和下降时间比较长的时钟或者时钟驱动电路。
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