Leiterplatte Blog - Elektromagnetische Strahlungserkennungstechnologie in Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte

Zur Zeit, Die meisten Hardware-Ingenieure entwerfen nur Leiterplatte durch Erfahrung. Während des Debugging-Prozesses, Viele Signalleitungen oder Chippins, die beobachtet werden müssen, sind in der mittleren Schicht des Leiterplatte, die mit Werkzeugen wie Oszilloskopen nicht erkannt werden können. Wenn das Produkt die Funktion nicht bestehen kann Prüfung, Sie haben auch keine wirksamen Mittel, um die Ursache des Problems zu finden. Zur Überprüfung der EMV-Eigenschaften des Produkts, Die einzige Möglichkeit besteht darin, das Produkt zur Messung in einen Standard-Messraum für elektromagnetische Verträglichkeit zu bringen.. Da diese Messung nur die externe Strahlung des Produkts messen kann, auch wenn es scheitert, Es kann keine nützlichen Informationen zur Lösung des Problems liefern. Daher, Ingenieure können nur die Leiterplatte empirisch und den Test wiederholen. Diese Prüfmethode ist sehr teuer und kann die Markteinführungszeit verzögern. Natürlich, es gibt viele Hochgeschwindigkeits- Leiterplatte Analyse- und SimulationsDesign-Tools, die Ingenieuren helfen können, einige Probleme zu lösen, aber es gibt immer noch viele Einschränkungen bei Gerätemodellen. Zum Beispiel, many devices do not have the IBIS model that can solve the signal integrity (SI) simulation. Modell oder Modell ist ungenau. Um das EMV-Problem zu simulieren, Das SPICE-Modell muss verwendet werden, aber derzeit können fast alle ASICs das SPICE-Modell nicht anbieten, und ohne SPICE Modell, the EMC simulation cannot take the radiation of the device itself into account (the radiation of the device is higher than the radiation of the transmission line). much larger). Darüber hinaus, Simulationswerkzeuge müssen oft Kompromisse zwischen Genauigkeit und Simulationszeit eingehen. Relativ hohe Präzision erfordert eine lange Rechenzeit, während Werkzeuge mit hoher Simulationsgeschwindigkeit geringe Präzision haben. Daher, Simulation mit diesen Werkzeugen kann das Problem der gegenseitigen Interferenz in Hochgeschwindigkeits- Leiterplatte Design.

Wir wissen, dass der Rückweg von Hochfrequenzsignalen in einem mehrschichtigen Leiterplatte should be on the reference ground plane (power layer or ground layer) adjacent to the signal line layer, Rücklauf und Impedanz, Aber die eigentliche Bodenschicht oder Stromversorgungsschicht Es gibt Trennungen und Aushöhlungen, dadurch den Rückweg ändern, was zu einer größeren Rücklauffläche führt, elektromagnetische Strahlung und Bodenprallgeräusche verursachen. Wenn Ingenieure die aktuellen Pfade verstehen können, Sie können große Rückwege vermeiden und elektromagnetische Strahlung effektiv steuern. Allerdings, Der Signalrücklauf wird durch viele Faktoren bestimmt, wie z.B. die Signalleitung, PCB-Stromversorgung und Erdverteilungsstruktur, Stromversorgung, Entkopplungskondensator, Position und Menge der Vorrichtung. Daher, Es ist sehr wichtig, den Rückweg eines komplexen Systems theoretisch zu bestimmen. Schwierigkeit. Daher, Es ist sehr wichtig, das abgestrahlte Geräuschproblem in der Entwurfsphase zu beseitigen. Wir können die Wellenform des Signals mit einem Oszilloskop sehen, um Probleme mit der Signalintegrität zu beheben, So gibt es irgendein Gerät, das das "Muster" von Strahlung und Reflow auf der Platine sehen kann?

Electromagnetic field high-speed scanning measurement technology
Among the various electromagnetic radiation measurement methods, Es gibt eine Nahfeld-Scanning-Messmethode, um dieses Problem zu lösen, which is designed based on the principle that electromagnetic radiation is formed by high-frequency current loops on the device under test (DUT). Zum Beispiel, Das elektromagnetische Strahlungs-Scansystem Emscan der kanadischen EMSCAN-Firma wird nach diesem Prinzip hergestellt. It uses H-field array probes (32×40=1280 probes) to detect the current on the DUT. Während der Messung, Der Prüfling wird direkt auf der Scanoberseite des Geräts platziert. Diese Sonden erkennen Veränderungen in elektromagnetischen Feldern aufgrund von Änderungen in hochfrequenten Strömen, und das System liefert ein visuelles Bild der räumlichen Verteilung von HF-Strömen auf der Leiterplatte. Das elektromagnetische Kompatibilitäts-Scansystem Emscan ist in industriellen Bereichen wie Kommunikation weit verbreitet, Automobile, Bürogeräte, und Unterhaltungselektronik. Durch die aktuelle Dichtekarte des Systems, Ingenieure können Bereiche mit EMI-Problemen finden, bevor sie Standardtests zur elektromagnetischen Verträglichkeit durchführen. Ergreifen Sie geeignete Maßnahmen. Near-field scanning principle Emscan's measurement is mainly carried out in the active near-field region (r<<λ/2π). Der größte Teil des vom Prüfling emittierten Strahlungssignals ist an die Magnetfeldsonde gekoppelt, und eine kleine Menge Energie wird in den freien Raum diffundiert. Die Magnetfeldsonde koppelt die magnetischen Flusslinien des nahen H-Feldes und den Strom auf der Leiterplatte, und es erwirbt auch einige Spurenkomponenten des nahen E-Feldes.

Hochstrom- und Niederspannungsstromquellen beziehen sich hauptsächlich auf Magnetfelder, Während Hochspannungs- und Niederstromspannungsquellen hauptsächlich mit elektrischen Feldern zusammenhängen. An Leiterplattes, Reine elektrische Felder oder reine Magnetfelder sind selten. In HF- und Mikrowellenschaltungen, Die Eingangsimpedanz der Schaltung und die Mikrostreifen- oder Mikrostreifenleitung, die für den Anschluss verwendet wird, sind auf 50 Ohms ausgelegt. Diese niederohmige Konstruktion ermöglicht es diesen Komponenten, große Ströme und Niederspannungsänderungen zu erzeugen. Darüber hinaus, Der Trend ist auch, Logikgeräte mit geringeren Spannungsunterschieden zu verwenden, Während die Magnetfeldwellenimpedanz im aktiven Nahfeldbereich viel kleiner ist als die elektrische Feldwellimpedanz. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren, Der größte Teil der aktiven Nahfeld-Energie der Leiterplatte ist im Nahfeld-Magnetfeld enthalten, Somit eignet sich die Magnetfeldschleife des Emscan Scansystems für die Nahfeld-Diagnose dieser Leiterplattes. Alle Schleifen sind gleich, Ihre Positionen im Feedback-Netzwerk sind jedoch unterschiedlich, so kann das Feedback-Netzwerk die Reaktion jeder Schleife wahrnehmen, Die Reaktion jeder Schleife relativ zur Referenzquelle wird gemessen und als gefilterte Übertragungsfunktion betrachtet. Um die Linearität der Messung zu gewährleisten, Emscan misst die Inverse dieser Übertragungsfunktion.

Durch den Einsatz von Array-Antennen und elektronischer automatischer Schaltantennententechnik, die Messgeschwindigkeit wird stark beschleunigt, Das ist tausende Male schneller als das manuelle Einzelsondenmessschema und Hundertmal schneller als das automatische Einzelsondenmessschema, die die Wirkung der Schaltung vor und nach Modifikation schnell und effektiv beurteilen kann. . Schnelle Sweep-Technologie und seine fortschrittliche Amplituden-erhaltende Sweep-Technologie und synchrone Sweep-Technologie ermöglichen dem System, transiente Ereignisse effektiv zu erfassen, und gleichzeitig, Es nimmt Technologie an, die die Messgenauigkeit von Spektrumanalysatoren verbessern kann, Verbesserung der Messzuverlässigkeit und Wiederholbarkeit.

Messverfahren zur Abschätzung der Nahfeldstrahlung von Leiterplatte
Die Prüfung der abgestrahlten Störung der Leiterplatte kann in mehreren Schritten durchgeführt werden. Bestimmen Sie zuerst den zu scannenden Bereich, then select a probe (7.5mm grid) that can fully sample the scanning area, Spektrumscanning im Frequenzbereich von 100kHz bis 3GHz durchführen, und speichern Sie den Pegel jedes Frequenzpunktes. Beachten Sie, dass größere Frequenzpunkte innerhalb des Scanbereichs durch räumliches Scannen weiter inspiziert werden können, die Störquellen und kritische Schaltkreise lokalisieren können. Die zu prüfende Platine muss so nah wie möglich an der Scannerplatine sein, da mit zunehmender Entfernung das empfangene Signal-Rausch-Verhältnis abnimmt und es auch einen "Trennungseffekt" gibt. In der tatsächlichen Messung, dieser Abstand sollte kleiner als 1 sein.5cm. Wie wir sehen können, Die Messung der Bauteilseite kann aufgrund der Bauteilhöhe mitunter zu Problemen mit der Messung führen, Daher muss die Höhe des Bauteils berücksichtigt werden, um den gemessenen Spannungspegel zu korrigieren. In der Grundkontrolle, der Korrekturfaktor der Trenndistanz wird berücksichtigt. Wir können die Messergebnisse sehr schnell erhalten, Diese Ergebnisse können jedoch nicht bestimmen, ob das Produkt die EMV-Eigenschaften erfüllt, weil der Wert, den es misst, das elektromagnetische Nahfeld ist, das durch den Hochfrequenzstrom auf der Leiterplatte. The standard EMC test is required to be carried out in an open field (OATS) or in a dark room with a distance of 3 meters (ie, far field).

Obwohl Emscan-Messungen die Standard-EMV-Prüfung nicht ersetzen können, sie haben sich in vielerlei Hinsicht als nützlich erwiesen. Durch die Analyse der Messergebnisse, viele Schlussfolgerungen können gezogen werden, um die spätere Entwicklung des Produkts zu erleichtern. Zusätzlich zur Ermittlung des Spannungspegels, Die folgenden Informationen sind ebenfalls sehr wichtig: der Störerzeugungspunkt, die Störverteilung, der Störleitungspfad, der eine große Fläche abdeckt, die Störung auf den engen Bereich der Leiterplatte, und die Kopplung zwischen der inneren Struktur oder angrenzenden I/O-Module usw.., Sie können auch den Effekt der Trennung von digitalen und analogen Schaltungen sehen. Die obige Messung kann als Standard für die Qualitätsbewertung von Leiterplatte design. Weiter, wenn wir bereits die EMV-Eigenschaften einer ähnlichen Leiterplatte, Wir können eine zuverlässigere Bewertung der EMV-Eigenschaften in der frühen Phase der Produktentwicklung vornehmen, z. B. ob eine Abschirmung verwendet werden soll, etc. Insbesondere, Das Hochgeschwindigkeits-Scansystem des elektromagnetischen Feldes kann auch vorübergehende EMI-Probleme aufdecken, die bei Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit häufig nicht nachgewiesen werden, aber sie können die Leistung und Zuverlässigkeit des Produkts beeinträchtigen.

* Estimation of the anti-interference performance of the Leiterplatte
Im tatsächlichen Gebrauch, alle elektronischen Geräte werden durch elektromagnetische Felder gestört. Wenn ein Gerät die Anforderungen an den Schutz vor Störungen nicht erfüllen kann und nicht abgeschirmt ist, Die Leistung des Geräts wird durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt. Fakten zeigen, dass die Frequenz des Störsignals mehrere hundert MHz betragen kann, und diese Störungen werden hauptsächlich durch die angeschlossenen Leiter gekoppelt, so die Anti-Interferenz-Design des I/O-Modul ist sehr wichtig. Um die Anti-Interferenz-Leistung des Produkts zu verbessern, Mittel wie Filtern müssen manchmal hinzugefügt werden, was bedeutet, dass die Kosten des Produkts erhöht werden. Aus dieser Perspektive, Es ist wichtig, eine Lösung zu finden, die alle Schaltungen und Komponenten optimiert.

Durch korrekte Änderung der oben genannten Messmethoden, Die Antiblockierleistung des Produkts kann während der Produktentwicklung und Testphase richtig geschätzt werden. Die verbesserte Methode ist wie folgt: Leiterplatte Auf der Scannerplatte, um Spektrumscanning durchzuführen, um die Störfrequenz des Leiterplatte, and then use a clip or appropriate coupling device (such as a T-LISN used on a balanced line for the sine wave interference signal of this frequency). ) is coupled to the I/O-Leitung oder Leiter, mit einer Schrittgröße von 10MHz, the frequency range can meet the requirements of 10MHz to 150MHz (to avoid overlapping with the interference frequency of the Leiterplatte), and the power is -20 to 0dBm (depending on the type of coupling device and Leiterplatte) The generator performs a spatial scan at a frequency consistent with the applied interference signal. Die Verteilung des Interferenzsignals vom Kopplungspunkt zur Leiterplatte ist deutlich auf dem räumlichen Abtastgraphen zu erkennen, und dann können die räumlichen Scanergebnisse nach folgenden Prinzipien interpretiert werden, einschließlich, welche Bereiche auf der Leiterplatte mit gekoppelten Interferenzsignalen verteilt sind, effectiveness of inserted filters (attenuating interfering signals), Kopplung benachbarter I/O Leiter, und Wirksamkeit von Leiterplatte Bodenflächen oder Flächen.