Technologie PCB - Application de la technologie de balayage automatique aux circuits imprimés à grande vitesse

Le test de compatibilité électromagnétique est un test très important pour les produits électroniques qui vont bientôt entrer sur le marché, mais les tests précédents ne peuvent obtenir que des résultats sur leur capacité à passer et ne peuvent fournir plus d'informations utiles. Cet article décrit l'utilisation de la technologie de balayage automatique à haute vitesse pour mesurer le rayonnement électromagnétique et détecter les changements du champ électromagnétique sur les PCB, permettant aux techniciens en ingénierie de PCB de détecter les problèmes pertinents et de les corriger en temps opportun avant d'effectuer des tests standard de compatibilité électromagnétique.

Actuellement, la plupart des ingénieurs en matériel n'utilisent que l'expérience pour concevoir des PCB. Pendant le débogage, de nombreuses lignes de signal ou broches de puce à observer sont enterrées dans la couche intermédiaire du PCB et ne peuvent pas être détectées avec des outils tels que des Oscilloscopes. Si le produit ne réussit pas le test fonctionnel, ils n'ont pas non plus de moyens efficaces pour trouver la cause du problème. Si vous souhaitez vérifier les caractéristiques CEM d'un produit, vous ne pouvez l'apporter qu'à une chambre de mesure standard de compatibilité électromagnétique pour la mesure. Car une telle mesure ne peut mesurer que le rayonnement externe du produit, même s'il n'est pas passé, et ne peut fournir aucune information utile pour résoudre le problème. Par conséquent, les ingénieurs ne peuvent modifier le PCB qu'en fonction de l'expérience et répéter les tests. Cette méthode de test est très coûteuse et peut retarder la mise sur le marché du produit.

Bien sûr, il existe de nombreux outils de conception analogique et d'analyse de circuits imprimés à grande vitesse qui peuvent aider les ingénieurs à résoudre certains problèmes, mais les modèles d'appareils ont encore de nombreuses limites. Par exemple, les modèles Ibis qui peuvent résoudre la simulation d'intégrité du signal (si) ont de nombreux périphériques sans modèle. Ou le modèle est inexact. Pour simuler avec précision un problème Cem, il est nécessaire d'utiliser le modèle spice, qui n'est actuellement pas disponible pour presque tous les ASIC. Sans le modèle spice, la simulation Cem ne peut pas prendre en compte le rayonnement de l'appareil (le rayonnement de l'appareil est beaucoup plus élevé que celui de la ligne de Transmission).

Nous savons que le chemin de retour d'un signal à haute fréquence dans un PCB multicouche doit être sur un plan de masse de référence (couche d'alimentation ou couche de terre) adjacent à la couche de ligne de signal, de sorte que le débit et l'impédance retournés sont minimes, mais la couche de terre ou la couche d'alimentation réelle se divise et se creuse, ce qui modifie le chemin de retour, entraînant une augmentation de la surface de retour, Il en résulte un rayonnement électromagnétique et un bruit de rebond au sol. Si les ingénieurs peuvent comprendre le chemin du courant, ils peuvent éviter de grandes voies de retour et contrôler efficacement le rayonnement électromagnétique. Cependant, le chemin de retour du signal est déterminé par de nombreux facteurs tels que le câblage du signal, la structure d'alimentation et de distribution de masse du PCB, les points d'alimentation, les condensateurs de découplage et le placement et le nombre de dispositifs. Il est donc très difficile de déterminer théoriquement le chemin de retour d'un système complexe.

Technologie de mesure à balayage à grande vitesse des champs électromagnétiques

Parmi les différentes méthodes de mesure du rayonnement électromagnétique, il existe une méthode de mesure par balayage en champ proche qui peut résoudre ce problème. Cette méthode est conçue sur le principe que le rayonnement électromagnétique est formé par une boucle de courant haute fréquence sur le dispositif sous Test (DUT). Par exemple, emscan Canada Inc.

Le système de balayage par rayonnement électromagnétique emscan est réalisé selon ce principe. Il utilise des sondes matricielles H - Field (32 * 40 = 1280 sondes) pour détecter le courant sur le DUT. Pendant la mesure, le DUT est placé directement sur le scanner. Ces sondes peuvent détecter les variations du champ électromagnétique causées par les variations de courant à haute fréquence et le système peut fournir une image visuelle de la distribution spatiale du courant RF sur le PCB.

Les systèmes de balayage de compatibilité électromagnétique emscan ont été largement utilisés dans des domaines industriels tels que les communications, l'automobile, les appareils de bureau et l'électronique grand public. Grâce aux cartes de densité de courant fournies par le système, les ingénieurs peuvent localiser les zones présentant des problèmes d'EMI avant de procéder à des tests standard de compatibilité électromagnétique. Prendre les mesures correspondantes.

Principe de balayage en champ proche les mesures d'emscan sont réalisées principalement dans la zone active en champ proche (R < < îlot / 2Í). La plupart des signaux de rayonnement émis par le DUT sont couplés à une sonde de champ magnétique et une petite quantité d'énergie est diffusée dans l'espace libre. La sonde de champ magnétique couple les lignes de flux du champ h au courant sur le PCB et permet également d'obtenir certaines composantes de trace du champ proche de E.

Les sources de courant haute tension et basse tension sont principalement liées au champ magnétique, tandis que les sources de courant haute tension et basse tension sont principalement liées au champ électrique. Sur les PCB, les champs électriques purs ou magnétiques Purs sont rares. Dans les circuits RF et micro - ondes, l'impédance d'entrée du circuit et la ligne microruban ou ligne microruban à connecter sont conçues pour avoir une impédance de 50 ohms. Cette conception à faible impédance permet à ces composants de générer des courants importants et de faibles variations de tension. De plus, les circuits numériques ont tendance à utiliser des dispositifs logiques avec des différences de tension plus faibles et une impédance d'onde de champ magnétique dans la zone active de champ proche très inférieure à l'impédance d'onde de champ électrique. En combinaison avec ces facteurs, la majeure partie de l'énergie de la zone active de champ proche du PCB est contenue dans le champ magnétique de champ proche, de sorte que les boucles de champ magnétique utilisées dans le système de balayage emscan sont appropriées pour le diagnostic de champ proche de ces PCB.

Toutes les boucles sont identiques, mais leur position dans le réseau de rétroaction est différente, de sorte que le réseau de rétroaction peut détecter la réponse de chaque boucle et mesurer la réponse de chaque boucle à la source de référence et la traiter comme une fonction de transfert de filtre. Pour assurer la linéarité de la mesure, emscan mesure l'inverse de cette fonction de transfert.

Grâce à l'utilisation de l'antenne réseau et de la technologie électronique d'antenne à commutation automatique, la vitesse de mesure est considérablement plus rapide, des milliers de fois plus rapide qu'une solution de mesure manuelle à sonde unique et des centaines de fois plus rapide qu'une solution de mesure automatique à sonde unique, ce qui permet de juger rapidement et efficacement des effets avant et après la modification du circuit. La technologie Quick Scan et sa technologie avancée de balayage en amplitude préservée et de balayage synchrone permettent au système de capturer efficacement les événements transitoires. Dans le même temps, il utilise une technologie qui peut améliorer la précision de mesure de l'analyseur spectral, améliorant la précision et la répétabilité de la mesure.

Méthodes de mesure pour évaluer les interférences de rayonnement en champ proche des PCB

La détection des interférences de rayonnement PCB peut être réalisée en plusieurs étapes. On détermine d'abord la zone à balayer, puis on sélectionne une sonde (Maille 7,5 mm) qui permet d'échantillonner complètement la zone balayée, de balayer le spectre dans la gamme de fréquences de 00 khzï½ GHz et de mémoriser le niveau maximal de chaque point de fréquence. Il est à noter que des points de fréquence relativement importants peuvent être examinés davantage dans la zone de balayage à l'aide d'un balayage spatial, ce qui permet de localiser la source d'interférence et le chemin critique du circuit.

La plaque testée doit être placée le plus près possible de la plaque de balayage, car le rapport signal sur bruit reçu diminue à mesure que la distance augmente et un effet de « séparation » apparaît. Dans la mesure réelle, cette distance doit être inférieure à 1,5 cm. Nous pouvons voir que la mesure de la surface d'un élément peut parfois entraîner des problèmes de mesure en raison de la hauteur de l'élément, de sorte que le niveau de tension mesuré doit être corrigé en tenant compte de la hauteur de l'élément. Dans l'examen de base, il est nécessaire de tenir compte du facteur de correction de distance de séparation.

Nous pouvons obtenir des résultats de mesure très rapidement, mais ceux - ci ne peuvent pas dire si le produit est conforme aux caractéristiques Cem, car les mesures sont des champs proches électromagnétiques générés par des courants à haute fréquence sur la carte PCB. Les tests CEM standard doivent être effectués en champ ouvert (oats) ou en chambre noire à une distance de 3 mètres (c. - à - D. en champ lointain).

Bien que les mesures d'emscan ne remplacent pas les tests CEM standard, la pratique prouve qu'il a de nombreuses utilisations. L'analyse des résultats des mesures permet de tirer de nombreuses conclusions en faveur du développement ultérieur du produit. Outre l'obtention du niveau de tension, les informations suivantes sont également très importantes: points de génération d'interférences, répartition des interférences, chemins de conduction des interférences couvrant une grande surface, interférences confinées dans des zones étroites sur le PCB, couplage entre structures internes ou modules d'E / s voisins, etc., Vous pouvez également voir l'effet de séparer les circuits numériques des circuits analogiques.

Les résultats des mesures ci - dessus peuvent servir de critères pour l'évaluation de la qualité de la conception de PCB. En outre, si nous connaissons déjà les caractéristiques EMC de type PCB, nous pouvons effectuer une évaluation relativement fiable des caractéristiques EMC à un stade précoce du développement du produit, par exemple si un blindage doit être utilisé. Moyens, etc.