Leiterplattentechnisch - Anwendung der automatischen Scantechnologie in Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Der Test der elektromagnetischen Verträglichkeit ist ein sehr wichtiger Test für die elektronischen Produkte, die kurz vor dem Markteintritt stehen, aber die vorherigen Tests können nur die Ergebnisse davon erhalten, ob sie bestehen können, und kann keine nützlicheren Informationen liefern. Dieser Artikel stellt die Verwendung der automatischen Hochgeschwindigkeits-Scantechnologie vor, um elektromagnetische Strahlung zu messen und Veränderungen im elektromagnetischen Feld auf der Leiterplatte zu erkennen, so dass Leiterplattentechnik Das technische Personal kann relevante Probleme finden und rechtzeitig korrigieren, bevor Normprüfungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit durchgeführt werden.

Derzeit nutzen die meisten Hardware-Ingenieure nur Erfahrung, um die Leiterplatte zu entwerfen. Während des Debugging-Prozesses sind viele Signalleitungen oder Chippins, die beobachtet werden müssen, in der mittleren Schicht der Leiterplatte vergraben und können mit Werkzeugen wie Oszilloskopen nicht erkannt werden. Wenn das Produkt den Funktionstest versagt, haben sie auch keine wirksamen Mittel, um die Ursache des Problems zu finden. Wenn Sie die EMV-Eigenschaften des Produkts überprüfen möchten, können Sie das Produkt nur in einen Standard-Messraum für elektromagnetische Verträglichkeit zur Messung bringen. Da diese Messung nur die äußere Strahlung des Produkts messen kann, auch wenn sie nicht durchläuft, kann sie keine nützlichen Informationen zur Lösung des Problems liefern. Daher kann der Ingenieur nur die Leiterplatte basierend auf Erfahrung modifizieren und den Test wiederholen. Diese Testmethode ist sehr teuer und kann die Markteinführungszeit des Produkts verzögern.

Natürlich, es gibt viele Hochgeschwindigkeits-PCB Analyse- und Simulationsdesign-Tools, die Ingenieuren helfen können, einige Probleme zu lösen, aber es gibt immer noch viele Einschränkungen bei Gerätemodellen. Zum Beispiel, the IBIS model that can solve signal integrity (SI) simulation has many devices without models. Oder das Modell ist nicht genau. Um EMV-Probleme genau zu simulieren, Sie müssen das SPICE-Modell verwenden, Aktuell können aber fast alle ASICs SPICE-Modelle nicht anbieten, und ohne SPICE Modell, EMC simulation cannot take the radiation of the device into account (the radiation of the device is higher than that of the transmission line Radiation is much greater).

Wir wissen, dass der Rücklaufpfad von Hochfrequenzsignalen in einer mehrschichtigen Leiterplatte auf der Referenzgrundebene (Leistungsschicht oder Bodenschicht) neben der Signalleitungsschicht liegen sollte, so dass der Rücklauf und die Impedanz die kleinsten sind, aber es wird Divisionen in der tatsächlichen Bodenschicht oder Leistungsschicht geben und aushöhlen, wodurch der Rücklaufpfad geändert wird, wodurch der Rücklaufbereich größer wird. elektromagnetische Strahlung und Bodenprallgeräusche verursachen. Wenn Ingenieure den Strompfad verstehen, können sie große Rückwege vermeiden und elektromagnetische Strahlung effektiv steuern. Der Signalrücklaufweg wird jedoch durch viele Faktoren wie Signalleitungsverdrahtung, PCB-Stromversorgung und Erdungsverteilungsstruktur, Stromversorgungspunkt, Entkopplungskondensator und Geräteplatzierung und -menge bestimmt. Daher ist es sehr schwierig, den Rückweg eines komplexen Systems theoretisch zu bestimmen.

High-Speed Scanning Messtechnik des elektromagnetischen Feldes

Unter verschiedenen Methoden zur Messung elektromagnetischer Strahlung gibt es eine Nahfeld-Scanning-Messmethode, die dieses Problem lösen kann. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip, dass elektromagnetische Strahlung durch eine hochfrequente Stromschleife am Prüfgerät (Prüfling) gebildet wird. Wie das kanadische EMSCAN-Unternehmen

Das elektromagnetische Strahlungsabtastersystem Emscan wird nach diesem Prinzip hergestellt. Es verwendet H-Feld-Array-Sonden (32*40=1280-Sonden), um den Strom am Prüfling zu erfassen. Während der Messung wird das Prüfling direkt auf den Scanner gelegt. Diese Sonden können Veränderungen in elektromagnetischen Feldern erkennen, die durch Änderungen in hochfrequenten Strömen verursacht werden, und das System kann ein visuelles Bild der räumlichen Verteilung von HF-Strömen auf der Leiterplatte liefern

Das elektromagnetische Kompatibilitäts-Scansystem Emscan ist in Industriebereichen wie Kommunikation, Automobile, Bürogeräte und Unterhaltungselektronik weit verbreitet. Durch die vom System bereitgestellte Stromdichtekarte können Ingenieure Bereiche mit EMI-Problemen finden, bevor sie elektromagnetische Kompatibilitätsstandards testen. Ergreifen Sie entsprechende Maßnahmen.

Die Messung von Emscan erfolgt hauptsächlich im aktiven Nahfeld-Bereich (r<<Î"/2π). Der größte Teil des vom Prüfling emittierten Strahlungssignals wird an die Magnetfeldsonde gekoppelt, und eine geringe Menge an Energie wird in den freien Raum diffundiert. Die Magnetfeldsonde koppelt die magnetischen Flusslinien des nahen H-Feldes mit dem Strom auf der Leiterplatte und erhält auch einige Spurenkomponenten des nahen E-Feldes.

Die Hochstrom-Niederspannungs-Stromquelle bezieht sich hauptsächlich auf das Magnetfeld, während die Hochspannungs-Niederspannungs-Spannungsquelle hauptsächlich auf das elektrische Feld bezogen ist. Auf der Leiterplatte sind reines elektrisches Feld oder reines Magnetfeld selten. In HF- und Mikrowellenschaltungen sind die Eingangsimpedanz der Schaltung und die Mikrostreifenleitung, die für den Anschluss verwendet wird, so ausgelegt, dass sie eine Impedanz von 50 Ohms aufweisen. Diese niederohmige Konstruktion bewirkt, dass diese Komponenten große Ströme und Niederspannungsänderungen erzeugen. Darüber hinaus digitale Schaltungen Der Trend besteht darin, Logikgeräte mit einer geringeren Spannungsdifferenz zu verwenden, und die Magnetfeldwellenimpedanz im aktiven Nahfeld-Bereich ist viel kleiner als die Impedanz der elektrischen Feldwelle. Kombiniert man diese Faktoren, ist der größte Teil der Energie im aktiven Nahfeldbereich der Leiterplatte im Nahmagnetfeld enthalten, so dass die Magnetfeldschleife, die im Emscan-Scansystem verwendet wird, für die Nahfelddiagnose dieser Leiterplatten geeignet ist.

Alle Schleifen sind gleich, aber ihre Positionen im Feedback-Netzwerk sind unterschiedlich, so dass das Feedback-Netzwerk die Antwort jeder Schleife erfassen kann, und die Antwort jeder Schleife auf die Referenzquelle wird gemessen und als Filterübertragungsfunktion betrachtet. Um die Linearität der Messung zu gewährleisten, misst Emscan die Gegenseitigkeit dieser Übertragungsfunktion.

Aufgrund der Verwendung von Array-Antennen und elektronischer automatischer Schaltantennententechnologie wird die Messgeschwindigkeit stark beschleunigt, Tausende Male schneller als die manuelle Einzelsondenmesslösung und Hundertmal schneller als die automatische Einzelsondenmesslösung, die die Wirkung des Schaltkreises vor und nach der Modifikation schnell und effektiv beurteilen kann. Die schnelle Scantechnologie und seine fortschrittliche Amplitudenerhaltende Scantechnologie und synchrone Scantechnologie ermöglichen dem System, vorübergehende Ereignisse effektiv zu erfassen. Gleichzeitig nimmt es die Technologie an, die die Messgenauigkeit des Spektrumanalysators verbessern kann, was die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messung verbessert.

Messverfahren zur Bewertung von Nahfeld-Strahlungsstörungen von Leiterplatten

Die Inspektion von PCB-Strahlungsstörungen kann in mehreren Schritten durchgeführt werden. Bestimmen Sie zuerst den zu scannenden Bereich, und wählen Sie dann eine Sonde (Raster 7,5mm), die den gescannten Bereich vollständig abtasten kann, führen Sie einen Spektrumscan im Frequenzbereich von 00kHz～3GHz durch und speichern Sie den maximalen Pegel jedes Frequenzpunkts. Beachten Sie, dass relativ große Frequenzpunkte im Scanbereich mittels räumlicher Abtastung weiter überprüft werden können, so dass Störquellen und kritische Schaltungspfade lokalisiert werden können.

Die zu prüfende Platine muss so nah wie möglich an der Scannerplatine sein, denn mit zunehmendem Abstand nimmt das empfangene Signal-Rausch-Verhältnis ab und es kommt zu einem "Trennungseffekt". In der tatsächlichen Messung sollte dieser Abstand kleiner als 1,5cm sein. Wir können sehen, dass die Messung der Bauteiloberfläche manchmal Messprobleme aufgrund der Höhe des Bauteils verursachen kann, so dass die Höhe des Bauteils berücksichtigt werden muss, um den gemessenen Spannungspegel zu korrigieren. Bei der Grunduntersuchung ist der Trennabstandskorrekturfaktor zu berücksichtigen.

Wir können die Messergebnisse schnell erhalten, aber diese Ergebnisse können nicht beurteilen, ob das Produkt die EMV-Eigenschaften erfüllt, da der Messwert das elektromagnetische Nahfeld ist, das durch den Hochfrequenzstrom auf der Leiterplatte erzeugt wird. Die Standard-EMV-Prüfung muss in einem offenen Feld (OATS) oder in einem dunklen Raum mit einem Abstand von drei Metern (d.h. Fernfeld) durchgeführt werden.

Obwohl die Messung von Emscan den Standard-EMV-Test nicht ersetzen kann, hat die Praxis bewiesen, dass sie viele Anwendungen hat. Durch die Analyse der Messergebnisse können viele Rückschlüsse gezogen werden, um die spätere Entwicklung des Produkts zu erleichtern. Neben der Ermittlung des Spannungspegels sind auch die folgenden Informationen sehr wichtig: Störerzeugungspunkt, Störverteilung, Störleitungspfad, der einen großen Bereich abdeckt, Störungen, die auf einen engen Bereich auf der Leiterplatte beschränkt sind, interne Struktur oder Kopplung zwischen benachbarten I/O-Modulen usw., Sie können auch den Effekt der Trennung der digitalen Schaltung von der analogen Schaltung sehen.

Die obige Messung kann als Standard für PCB-Design Qualitätsbewertung. Darüber hinaus, wenn wir die EMV-Eigenschaften einer ähnlichen Leiterplatte bereits kennen, Wir können eine relativ zuverlässige Bewertung der EMV-Eigenschaften im frühen Stadium der Produktentwicklung vornehmen, z. B. ob eine Abschirmung verwendet werden sollte. Mittel usw..