Dati PCB - Tecnologia di rilevamento delle radiazioni elettromagnetiche nella scheda PCB ad alta velocità

Attualmente, la maggior parte degli ingegneri hardware progetta solo Scheda PCB per esperienza. Durante il processo di debug, molte linee di segnale o pin chip che devono essere osservati sono sepolti nello strato medio del Scheda PCB, che non possono essere rilevati da strumenti come oscilloscopi. Se il prodotto non riesce a superare la funzione, non hanno mezzi efficaci per trovare la causa del problema. Al fine di verificare le caratteristiche EMC del prodotto, l'unico modo è quello di portare il prodotto in una stanza di misura standard di compatibilità elettromagnetica per la misurazione. Poiché questa misura può misurare solo la radiazione esterna del prodotto, anche se fallisce, non può fornire informazioni utili per risolvere il problema. Pertanto, Gli ingegneri possono solo modificare il Scheda PCB empiricamente e ripetere la prova. Questo metodo di prova è molto costoso e può ritardare il time to market. Naturalmente, ci sono molti ad alta velocità Scheda PCB Strumenti di analisi e progettazione di simulazione che possono aiutare gli ingegneri a risolvere alcuni problemi, ma ci sono ancora molte limitazioni sui modelli di dispositivi. Per esempio, many devices do not have the IBIS model that can solve the signal integrity (SI) simulation. Modello o modello non è corretto. Come simulare il problema EMC, deve essere utilizzato il modello SPICE, ma attualmente quasi tutti gli ASIC non possono fornire il modello SPICE, e senza il modello SPICE, 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). Inoltre, Gli strumenti di simulazione spesso devono compromettere la precisione e il tempo di simulazione. La precisione relativamente elevata richiede un lungo tempo di calcolo, mentre gli strumenti con velocità di simulazione veloce hanno bassa precisione. Pertanto, La simulazione con questi strumenti non può risolvere completamente il problema dell'interferenza reciproca in alta velocità Scheda PCB progettazione.

Sappiamo che il percorso di ritorno dei segnali ad alta frequenza in un multistrato Scheda PCB should be on the reference ground plane (power layer or ground layer) adjacent to the signal line layer, tale flusso di ritorno e impedenza, Ma lo strato di terra effettivo o lo strato di alimentazione elettrica Ci saranno divisioni e svuotamento, cambiando così il percorso di ritorno, con conseguente maggiore area di ritorno, che provoca radiazioni elettromagnetiche e rumore di rimbalzo del suolo. Se gli ingegneri possono capire i percorsi attuali, possono evitare grandi percorsi di ritorno e controllare efficacemente le radiazioni elettromagnetiche. Tuttavia, Il percorso di ritorno del segnale è determinato da molti fattori come il cablaggio della linea di segnale, Alimentazione elettrica PCB e struttura di distribuzione a terra, punto di alimentazione, condensatore di disaccoppiamento, posizione e quantità del dispositivo. Pertanto, è molto importante determinare teoricamente il percorso di ritorno di un sistema complesso. difficoltà. Pertanto, è molto importante eliminare il problema del rumore irradiato nella fase di progettazione. Possiamo vedere la forma d'onda del segnale con un oscilloscopio per aiutare con problemi di integrità del segnale, Quindi c'è un dispositivo che può vedere il "modello" di radiazioni e reflow sulla scheda?

Electromagnetic field high-speed scanning measurement technology
Among the various electromagnetic radiation measurement methods, c'è un metodo di misura di scansione vicino-campo per risolvere questo problema, which is progettazioneed based on the principle that electromagnetic radiation is formed by high-frequency current loops on the device under test (DUT). Per esempio, Il sistema di scansione delle radiazioni elettromagnetiche Emscan della società canadese EMSCAN è realizzato secondo questo principio. It uses H-field array probes (32×40=1280 probes) to detect the current on the DUT. Durante la misurazione, il DUT è posizionato direttamente sulla parte superiore della scansione del dispositivo. Queste sonde rilevano cambiamenti nei campi elettromagnetici dovuti a cambiamenti nelle correnti ad alta frequenza, e il sistema fornisce un'immagine visiva della distribuzione spaziale delle correnti RF sul PCB. Il sistema di scansione di compatibilità elettromagnetica Emscan è stato ampiamente utilizzato in campi industriali come le comunicazioni, automobili, apparecchi per ufficio, e elettronica di consumo. Attraverso la mappa della densità corrente fornita dal sistema, Gli ingegneri possono trovare aree con problemi EMI prima di condurre test standard di compatibilità elettromagnetica. Adottare le misure appropriate. Near-field scanning principle Emscan's measurement is mainly carried out in the active near-field region (r<<λ/2π). La maggior parte del segnale di radiazione emesso dal DUT è accoppiata alla sonda di campo magnetico, e una piccola quantità di energia è diffusa nello spazio libero. La sonda di campo magnetico accoppia le linee di flusso magnetico del campo H vicino e la corrente sul PCB, e acquisisce anche alcune tracce di componenti del vicino campo E.

Le sorgenti di corrente ad alta corrente e bassa tensione sono principalmente legate ai campi magnetici, mentre le fonti di tensione ad alta tensione e bassa corrente sono principalmente legate ai campi elettrici. On Scheda PCBs, Campi elettrici puri o campi magnetici puri sono rari. In circuiti RF e microonde, l'impedenza di ingresso del circuito e la linea microtrip o microtrip utilizzata per il collegamento sono progettati per essere di 50 ohm. Questo design a bassa impedenza consente a questi componenti di generare grandi correnti e cambi di bassa tensione. Inoltre, La tendenza è anche quella di utilizzare dispositivi logici con differenze di tensione inferiori, mentre l'impedenza d'onda del campo magnetico nella regione di campo vicino attivo è molto più piccola dell'impedenza d'onda del campo elettrico. Tenendo conto di questi fattori, la maggior parte dell'energia attiva vicino-campo del Scheda PCB è contenuto nel campo magnetico vicino, Quindi il loop di campo magnetico utilizzato dal sistema di scansione Emscan è adatto per la diagnosi in campo vicino di questi Scheda PCBs. Tutti i cicli sono uguali, tuttavia le loro posizioni nella rete di feedback sono diverse, in modo che la rete di feedback possa percepire la risposta di ogni ciclo, la risposta di ciascun ciclo relativa alla sorgente di riferimento è misurata e considerata una funzione di trasferimento filtrata. Garantire la linearità della misura, Emscan misura l'inverso di questa funzione di trasferimento.

Grazie all'uso dell'antenna array e della tecnologia elettronica dell'antenna a commutazione automatica, la velocità di misura è notevolmente accelerata, che è migliaia di volte più veloce dello schema di misura manuale a sonda singola e centinaia di volte più veloce dello schema di misura automatico a sonda singola, che può giudicare rapidamente ed efficacemente l'effetto del circuito prima e dopo la modifica. . La tecnologia di sweep veloce e la sua tecnologia avanzata di sweep-mantenimento dell'ampiezza e la tecnologia di sweep sincrone consentono al sistema di catturare efficacemente eventi transitori, e allo stesso tempo, Adotta la tecnologia che può migliorare l'accuratezza di misura degli analizzatori di spettro, migliorare l'affidabilità e la ripetibilità delle misurazioni.

Metodo di misura per stimare l'interferenza di radiazione vicino al campo Scheda PCB
L'ispezione dell'interferenza irradiata del Scheda PCB può essere effettuato in più fasi. Per prima cosa determinare l'area da scansionare, then select a probe (7.5mm grid) that can fully sample the scanning area, eseguire la scansione dello spettro nella gamma di frequenze da 100kHz a 3GHz, e memorizzare il livello di ogni punto di frequenza. Si noti che i punti di frequenza più grandi possono essere ulteriormente ispezionati all'interno dell'area di scansione utilizzando la scansione spaziale, in grado di individuare fonti di interferenza e percorsi critici del circuito. La scheda in esame deve essere il più vicino possibile alla scheda scanner perché con l'aumentare della distanza il rapporto segnale-rumore ricevuto diminuisce e c'è anche un effetto di "separazione". Nella misura effettiva, questa distanza dovrebbe essere inferiore a 1.5cm. Come possiamo vedere, La misurazione del lato componente può talvolta causare problemi con la misurazione a causa dell'altezza del componente, quindi l'altezza del componente deve essere considerata al fine di correggere il livello di tensione misurato. Nel controllo di base, si tiene conto del fattore di correzione della distanza di separazione. Possiamo ottenere i risultati delle misurazioni molto rapidamente, ma questi risultati non possono determinare se il prodotto soddisfa le caratteristiche EMC, perché il valore che misura è il campo elettromagnetico vicino generato dalla corrente ad alta frequenza sul Scheda PCB. 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).

Sebbene le misurazioni Emscan non possano sostituire i test EMC standard, si sono dimostrati utili in molti modi. Attraverso l'analisi dei risultati delle misurazioni, molte conclusioni possono essere tratte per facilitare il successivo sviluppo del prodotto. Oltre ad ottenere il livello di tensione, Anche le seguenti informazioni sono molto importanti: il punto di generazione delle interferenze, la distribuzione delle interferenze, il percorso di conduzione dell'interferenza che copre una vasta area, l'interferenza limitata alla stretta area del Scheda PCB, e l'accoppiamento tra la struttura interna o adiacente I/Moduli O, ecc.., Si può anche vedere l'effetto della separazione dei circuiti digitali e dei circuiti analogici. La misura di cui sopra può essere utilizzata come standard per la valutazione della qualità di Scheda PCB design. Più avanti, se conosciamo già le caratteristiche EMC di un simile Scheda PCB, possiamo effettuare una valutazione più affidabile delle caratteristiche EMC nella fase iniziale dello sviluppo del prodotto, come se si debba usare una schermatura, ecc. In particolare, Il sistema di scansione ad alta velocità del campo elettromagnetico può anche rivelare problemi transitori EMI, che spesso non sono rilevati nelle misure di compatibilità elettromagnetica, ma possono influenzare le prestazioni e l'affidabilità del prodotto.

* Estimation of the anti-interference performance of the Scheda PCB
In uso effettivo, tutti i dispositivi elettronici saranno interferiti da campi elettromagnetici. Se un dispositivo non è in grado di soddisfare i requisiti anti-interferenza e non è schermato, le prestazioni del dispositivo saranno influenzate da interferenze elettromagnetiche. I fatti mostrano che la frequenza del segnale di interferenza può essere diverse centinaia di MHz, e queste interferenze sono principalmente accoppiate attraverso i conduttori collegati, quindi la progettazione anti-interferenza del I/Il modulo O è molto importante. Al fine di migliorare le prestazioni anti-interferenza del prodotto, mezzi come il filtraggio a volte devono essere aggiunti, il che significa che il costo del prodotto sarà aumentato. Da questa prospettiva, è importante trovare una soluzione che ottimizzi tutti i circuiti e i componenti.

Modificando correttamente i metodi di misura sopra menzionati, le prestazioni anti-inceppamento del prodotto possono essere correttamente stimate durante le fasi di sviluppo e collaudo del prodotto. Il metodo migliorato è il seguente: Scheda PCB sulla scheda scanner per eseguire la scansione dello spettro per determinare la frequenza di interferenza del Scheda PCB, 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/Linea o conduttore O, con una dimensione di passo di 10MHz, the frequency range can meet the requirements of 10MHz to 150MHz (to avoid overlapping with the interference frequency of the Scheda PCB), and the power is -20 to 0dBm (depending on the type of coupling device and Scheda PCB) The generator performs a spatial scan at a frequency consistent with the applied interference signal. La distribuzione del segnale di interferenza dal punto di accoppiamento al PCB può essere chiaramente vista sul grafico di scansione spaziale, e quindi i risultati della scansione spaziale possono essere interpretati secondo i seguenti principi, tra cui quali aree sul PCB sono distribuite con interferenze accoppiate Segnali, effectiveness of inserted filters (attenuating interfering signals), accoppiamento di I adiacente/O conduttori, ed efficacia di Scheda PCB piani di terra o aree.