PCB Tecnico - Applicazione della tecnologia di scansione automatica in PCB ad alta velocità

Il test di compatibilità elettromagnetica è un test molto importante per i prodotti elettronici che stanno per entrare sul mercato, ma i test precedenti possono ottenere solo i risultati di se possono passare, e non possono fornire informazioni più utili. Questo articolo introduce l'uso della tecnologia di scansione automatica ad alta velocità per misurare la radiazione elettromagnetica e rilevare i cambiamenti nel campo elettromagnetico sul PCB, in modo che l'ingegneria PCB e il personale tecnico possano trovare problemi rilevanti e correggerli in tempo prima di condurre test standard di compatibilità elettromagnetica.

Attualmente, la maggior parte degli ingegneri hardware utilizzano solo l'esperienza per progettare il PCB. Durante il processo di debug, molte linee di segnale o pin chip che devono essere osservati sono sepolti nello strato medio del PCB e non possono essere rilevati con strumenti come gli oscilloscopi. Se il prodotto fallisce il test funzionale, inoltre non hanno mezzi efficaci per trovare la causa del problema. Se si desidera verificare le caratteristiche EMC del prodotto, è possibile portare il prodotto solo in una sala di misura di compatibilità elettromagnetica standard per la misurazione. Poiché questa misura può misurare solo la radiazione esterna del prodotto, anche se non passa, non può fornire informazioni utili per risolvere il problema. Pertanto, l'ingegnere può solo modificare il PCB in base all'esperienza e ripetere il test. Questo metodo di prova è molto costoso e può ritardare il tempo di commercializzazione del prodotto.

Naturalmente, ci sono molti strumenti di analisi PCB ad alta velocità e progettazione di simulazione che possono aiutare gli ingegneri a risolvere alcuni problemi, ma ci sono ancora molte limitazioni sui modelli di dispositivi. Ad esempio, il modello IBIS che può risolvere la simulazione di integrità del segnale (SI) ha molti dispositivi senza modelli. Oppure il modello non è preciso. Per simulare accuratamente i problemi EMC, è necessario utilizzare il modello SPICE, ma attualmente quasi tutti gli ASIC non possono fornire modelli SPICE, e senza il modello SPICE, la simulazione EMC non può prendere in considerazione la radiazione del dispositivo (la radiazione del dispositivo è superiore a quella della linea di trasmissione La radiazione è molto maggiore).

Sappiamo che il percorso di ritorno dei segnali ad alta frequenza in un PCB multistrato dovrebbe essere sul piano di terra di riferimento (strato di potenza o strato di terra) adiacente allo strato di linea del segnale, in modo che il flusso di ritorno e l'impedenza siano i più piccoli, ma ci saranno divisioni nello strato di terra effettivo o strato di potere E cavo fuori, cambiando così il percorso di ritorno, causando l'area di ritorno a diventare più grande, causare radiazioni elettromagnetiche e rumore di rimbalzo del suolo. Se gli ingegneri possono comprendere il percorso corrente, possono evitare grandi percorsi di ritorno e controllare efficacemente la radiazione elettromagnetica. Tuttavia, il percorso di ritorno del segnale è determinato da molti fattori come il cablaggio della linea del segnale, l'alimentazione elettrica PCB e la struttura di distribuzione a terra, il punto di alimentazione, il condensatore di disaccoppiamento e il posizionamento e la quantità del dispositivo. Pertanto, è molto difficile determinare teoricamente il percorso di ritorno di un sistema complesso. .

Tecnologia di misurazione ad alta velocità di scansione del campo elettromagnetico

Tra i vari metodi di misura delle radiazioni elettromagnetiche, c'è un metodo di misura di scansione vicino-campo che può risolvere questo problema. Il metodo è progettato in base al principio secondo cui la radiazione elettromagnetica è formata da un circuito di corrente ad alta frequenza sul dispositivo in prova (DUT). Come la società canadese EMSCAN

Il sistema di scansione delle radiazioni elettromagnetiche Emscan è realizzato secondo questo principio. Utilizza sonde H-field array (32*40=1280 sonde) per rilevare la corrente sul DUT. Durante la misurazione, il DUT viene posizionato direttamente sullo scanner. Queste sonde possono rilevare cambiamenti nei campi elettromagnetici causati da cambiamenti nelle correnti ad alta frequenza e il sistema può fornire 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 quali comunicazioni, automobili, elettrodomestici per ufficio e elettronica di consumo. Attraverso la mappa attuale della densità fornita dal sistema, gli ingegneri possono trovare aree con problemi EMI prima di condurre test sugli standard di compatibilità elettromagnetica. Prendere le misure corrispondenti.

La misura di Emscan viene effettuata principalmente nella regione attiva del vicino campo (r<<Î"/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 ottiene anche alcuni componenti di traccia del campo E vicino.

La fonte di corrente a bassa tensione ad alta corrente è principalmente correlata al campo magnetico, mentre la fonte di tensione a bassa corrente ad alta tensione è principalmente correlata al campo elettrico. Sul PCB, campo elettrico puro o campo magnetico puro sono rari. Nei circuiti RF e microonde, l'impedenza di ingresso del circuito e la linea microstrip o microstrip utilizzati per il collegamento sono progettati per avere un'impedenza di 50 ohm. Questo design a bassa impedenza fa sì che questi componenti producano grandi correnti e cambi di bassa tensione. Inoltre, circuiti digitali La tendenza è quella di utilizzare dispositivi logici con una differenza di tensione inferiore e l'impedenza d'onda del campo magnetico nella regione attiva vicino al campo è molto più piccola dell'impedenza d'onda del campo elettrico. Combinando questi fattori, la maggior parte dell'energia nell'area di campo vicino attiva del PCB è contenuta nel campo magnetico vicino, quindi il ciclo di campo magnetico utilizzato nel sistema di scansione Emscan è adatto per la diagnosi di campo vicino di questi PCB.

Tutti i loop sono gli stessi, ma le loro posizioni nella rete di feedback sono diverse, quindi la rete di feedback può percepire la risposta di ogni loop e la risposta di ogni loop alla sorgente di riferimento è misurata e considerata come una funzione di trasferimento filtro. Al fine di garantire la linearità della misura, Emscan misura il reciproco di questa funzione di trasferimento.

Grazie all'uso dell'antenna a matrice e della tecnologia elettronica dell'antenna a commutazione automatica, la velocità di misura è notevolmente accelerata, migliaia di volte più veloce della soluzione manuale di misura a sonda singola e centinaia di volte più veloce della soluzione automatica di misura a sonda singola, che può giudicare rapidamente ed efficacemente l'effetto del circuito prima e dopo la modifica. La tecnologia di scansione veloce e la sua avanzata ampiezza mantenendo la tecnologia di scansione e la tecnologia di scansione sincrona consentono al sistema di catturare efficacemente eventi transitori. Allo stesso tempo, adotta la tecnologia che può migliorare l'accuratezza di misura dell'analizzatore di spettro, che migliora l'accuratezza e la ripetibilità della misura.

Metodi di misura per valutare l'interferenza delle radiazioni vicino al campo PCB

L'ispezione delle interferenze di radiazione PCB può essere effettuata in diversi passaggi. Prima di tutto determinare l'area da scansionare, quindi selezionare una sonda (griglia 7,5 mm) in grado di campionare completamente l'area scansionata, eseguire una scansione dello spettro nella gamma di frequenze di 00kHz～3GHz e memorizzare il livello massimo di ogni punto di frequenza. Si noti che i punti di frequenza relativamente grandi possono essere ulteriormente controllati nell'area di scansione utilizzando la scansione spaziale, in modo che le sorgenti di interferenza e i percorsi critici dei circuiti possano essere localizzati.

La scheda in esame deve essere il più vicino possibile alla scheda dello scanner, perché man mano che la distanza aumenta, il rapporto segnale-rumore ricevuto diminuirà e ci sarà un effetto di "separazione". Nella misura effettiva, questa distanza dovrebbe essere inferiore a 1,5 cm. Possiamo vedere che la misurazione della superficie del componente può talvolta causare problemi di misurazione dovuti all'altezza del componente, quindi l'altezza del componente deve essere considerata per correggere il livello di tensione misurato. Nell'ispezione di base, il fattore di correzione della distanza di separazione deve essere considerato.

Possiamo ottenere rapidamente i risultati della misura, ma questi risultati non possono giudicare se il prodotto soddisfa le caratteristiche EMC, perché il valore misurato è il campo elettromagnetico vicino generato dalla corrente ad alta frequenza sulla scheda PCB. La prova EMC standard deve essere eseguita in campo aperto (OATS) o in una stanza buia, con una distanza di 3 metri (cioè campo lontano).

Sebbene la misurazione di Emscan non possa sostituire il test EMC standard, la pratica ha dimostrato che ha molti usi. Attraverso l'analisi dei risultati di misurazione, si possono trarre molte conclusioni per facilitare il successivo sviluppo del prodotto. Oltre ad ottenere il livello di tensione, sono anche molto importanti le seguenti informazioni: punto di generazione delle interferenze, distribuzione delle interferenze, percorso di conduzione delle interferenze che copre una vasta area, interferenza limitata ad una zona ristretta sul PCB, struttura interna o accoppiamento tra moduli I/O adiacenti, ecc., È anche possibile vedere l'effetto della separazione del circuito digitale dal circuito analogico.

La misura di cui sopra può essere utilizzata come standard per la valutazione della qualità del progetto PCB. Inoltre, se conosciamo già le caratteristiche EMC di un PCB simile, possiamo effettuare una valutazione relativamente affidabile delle caratteristiche EMC nella fase iniziale dello sviluppo del prodotto, ad esempio se è necessario utilizzare schermature. Mezzi, ecc.