PCBブログ - 高速PCBボードにおける電磁放射線検出技術について

現在, ほとんどのハードウェアエンジニアだけの設計 PCBボード 経験によって. デバッグプロセス中, 観察される必要がある多くの信号線またはチップピンは、図1の中間層に埋め込まれる PCBボード, オシロスコープなどのツールで検出できない. 製品が機能テストを通過できないならば, 彼らはまた、問題の原因を見つけるのに有効な手段を持っていない. 製品のEMC特性を検証するために, 唯一の方法は、測定のための標準的な電磁両立性測定室に製品を取ることです. この測定は製品の外部放射線を測定することができるので, たとえ失敗しても, それは問題を解決するための有用な情報を提供することはできません. したがって, エンジニアは PCBボード 経験的にテストを繰り返す. この試験方法は非常に高価であり、市場への時間を遅らせることができる. もちろん, 多くの高速 PCBボード エンジニアがいくつかの問題を解決するのを助けることができる解析とシミュレーション設計ツール, しかし、デバイスモデルにはまだ多くの制限があります. 例えば, 多くのデバイスは、信号完全性（SI）シミュレーションを解決することができますIBISモデルを持っていません。モデルまたはモデルは不正確です. EMC問題をシミュレートする, SPICEモデルを使用しなければなりません, しかし現在、ほとんどすべてのASICはSPICEモデルを提供できません, スパイスモデルなし, EMCシミュレーションは、装置自体の放射線を考慮することができない（装置の放射線は、伝送線の放射線より高い）。加えて, シミュレーションツールはしばしば精度とシミュレーション時間の間で妥協しなければならない. 比較的高い精度は長い計算時間を必要とする, 高速シミュレーション速度のツールは、低精度. したがって, これらのツールを用いたシミュレーションは高速での相互干渉の問題を完全に解決できない PCBボード デザイン.

我々は、多層で高周波信号の帰還経路を知っている PCBボード信号線層に隣接する基準グランドプレーン（パワー層または接地層）上にあるべきである。このような戻り流とインピーダンス, しかし、実際の接地層または電源層は、境界と空洞化されます, これにより、リターンパスを変更する, 結果として、大きなリターンエリア, 電磁放射と地面バウンス雑音を引き起こす. エンジニアが現在のパスを理解できるなら, 彼らは大きなリターンパスを回避し、効果的に電磁波を制御する. しかし, 信号戻り経路は信号線配線のような多くの要因によって決定される, PCB電源および地上配電構造, 電源点, デカップリングコンデンサ, デバイスの配置位置と量. したがって, 複雑系の戻り経路を理論的に決定することは非常に重要である. 困難. したがって, 設計段階での放射ノイズ問題を除去することは非常に重要である. 信号の完全性を助けるためにオシロスコープで信号の波形を見ることができます, そこで、ボード上の放射線とリフローの「パターン」を見ることができる装置があります?

電磁界高速走査測定技術
種々の電磁放射測定方法のうち、この問題を解決するための近接場走査測定法がある, デザイン電磁波放射は、被測定デバイス（DUT）上の高周波電流ループによって形成されるという原理に基づいている。例えば, カナダのEmscan社の電磁放射線走査システムEMScanは、この原則に従って作られる.Hフィールドアレイプローブ(32×40=1280 probes) to detect the current on the DUT. 測定中, DUTは直接デバイスのスキャントップに置かれる. これらのプローブは高周波電流の変化による電磁場の変化を検出する, そして、システムはPCB上のRF電流の空間分布の視覚的イメージを提供する. emscan電磁両立性走査システムは，通信などの産業分野で広く使用されている, 自動車, オフィスアプライアンス, 家電製品. システムによって提供される電流密度マップを通して, エンジニアは、電磁両立性標準テストを行う前にEMI問題で地域を見つけることができます. 適切な行動をとる. 近接場走査原理EMScanの測定は主にアクティブ近接場領域で行われる (r<<λ/2π). DUTから放射される放射線信号の大部分は、磁場プローブ202に結合される, そして少量のエネルギーが自由空間に拡散される. 磁界プローブは、Hフィールド近傍の磁束ラインとPCB上の電流とを結合する, また、それは近くのeフィールドのいくつかのトレース成分を取得する.

高電流および低電圧電流源は主に磁場に関連する, 高電圧及び低電流電圧源は主に電場に関係する. On PCBボードs, 純粋な電場または純粋な磁場はまれである. RFとマイクロ波回路, 接続のために使用される回路およびマイクロストリップまたはマイクロストリップラインの入力インピーダンスは、50オーム. この低インピーダンス設計は、これらの構成要素が大きな電流および低電圧変化を発生させるのを可能にする. 加えて, デジタル回路は、また、低い電圧差で論理装置を使用する傾向です, アクティブ近接場領域の磁界波インピーダンスは、電場波インピーダンスよりはるかに小さい. これらの要因を考慮に入れる, 年代の活発な近接場エネルギーの大部分 PCBボード 近接場磁場に含まれる, したがって、EMScan走査システムによって使用される磁界ループは、これらの近接場診断に適している PCBボードs. すべてのループは同じです, しかし、フィードバックネットワークの位置は異なります, フィードバックネットワークは各ループの応答を感知できる, 基準電源に対する各ループの応答を測定し、フィルタリングされた伝達関数として考慮する. 測定の直線性を確保する, EMScanは、この伝達関数の逆を測定します.

アレイアンテナと電子自動スイッチングアンテナ技術の使用により, 測定速度は大いに加速される, これは手動単一プローブ測定スキームよりも数千倍高速であり、自動単一プローブ測定スキームよりも何百倍も速い, 変更前後の回路の効果を迅速かつ効果的に判断できる. . 高速掃引技術とその先進的な振幅維持掃引技術と同期掃引技術は効果的に過渡事象を捕捉できる, それと同時に, スペクトルアナライザの測定精度を向上させる技術を採用, 測定信頼性と再現性の改善.

近接場放射干渉を推定するための測定方法 PCBボード
放射妨害波の検査 PCBボード 数段階で行うことができる. 最初にスキャンする領域を決定する, その後、完全にスキャン領域をサンプリングすることができますプローブ（7.5 mmのグリッド）を選択します。100 kHzから3 GHzの周波数範囲でスペクトル走査を行う, そして、各周波数ポイントのレベルを格納する. より大きな周波数ポイントは、空間的走査, 干渉源と臨界回路経路のソースを見つけることができる. テストボードは、受信ボードの信号対ノイズ比が減少する距離が増加するため、スキャナボードに可能な限り近いものでなければならない. 実測値, この距離は1未満.5 cm. ご覧の通り, コンポーネント側の測定によって、部品の高さによる測定に問題が生じる場合がある, したがって、測定電圧レベルを補正するためには、部品の高さを考慮しなければならない. 基本チェックで, 分離距離補正係数は考慮される. 我々は、測定結果を非常に速く得ることができます, しかし、これらの結果は、製品がEMC特性を満たすかどうか決定することができない, それが測る値は、その上の高周波電流によって発生する電磁場近傍です PCBボード. 標準的なEMC試験は、オープンフィールド（Oats）で、または、3メートルの距離（すなわち、遠いフィールド）の暗い部屋で実行されることを要求されます。

EMScan測定は標準EMC試験を置き換えることができないが, 彼らは多くの点で役に立つと証明した. 測定結果の解析を通して, 多くの結論は、製品のその後の発展を容易にするために引かれることができます. 電圧レベルを得ることに加えて, 次の情報も非常に重要です, 干渉分布, 広い領域を覆う干渉伝導経路, 狭い領域に閉じ込められた干渉 PCBボード, 内部構造または隣接するI間の結合/oモジュール., また、デジタル回路とアナログ回路の分離の効果を見ることができます. 以上の測定は、品質評価の基準として用いることができる PCBボード design. 更なる, 我々がすでに類似のEMC特性を知っているならば PCBボード, 製品開発の初期段階におけるEMC特性のより信頼性の高い評価を行うことができる, シールドを使用するかどうか, etc. 特に, 電磁場高速走査システムは過渡的EMI問題も明らかにすることができる, 電磁両立性測定でしばしば検出されない, しかし、彼らは製品性能と信頼性に影響を及ぼすことができます.

*PCBの干渉防止性能の推定
実際には, すべての電子装置は電磁界に干渉される. デバイスが反干渉要件を満たすことができなくて、遮蔽されないならば, デバイスの性能は、電磁干渉によって影響を受ける. 事実は、干渉信号の周波数が数100 MHzであることを示す, そして、これらの干渉は、主に接続導体102を介して結合される, それで、私の干渉防止設計/oモジュールは非常に重要です. 製品の干渉防止性能を高めるために, フィルタリングなどの手段を加える必要がある場合もある, これは、製品のコストが増加することを意味します. この観点から, すべての回路と部品を最適化する解決策を見つけることは重要です.

上記の測定方法を適切に変更することにより, 製品開発及び試験段階の間、製品の妨害防止性能を正しく推定することができる. 改良された方法は以下の通りです PCBボード スキャナボードにおいて、スペクトル走査を実行して、干渉周波数を決定する PCBボード, それから、クリップまたは適切な結合装置（この周波数の正弦波干渉信号のために平衡線上で使用されるT−LiSnなど）を使用するはI / O。または導体, 10 MHzのステップサイズで,周波数範囲は、PCBの干渉周波数と重なるのを避けるために、10 MHz～150 MHzの要件を満たすことができるボード), そして、パワーは、結合装置およびPCBのタイプに従いボード) 発生器は、印加された干渉信号と一致する周波数で空間走査を行う。結合点からPCBへの干渉信号の分布は、空間走査グラフ上で明確に見られる, それから、空間的な走査結果は以下の原則に従って解釈されることができます, PCB上のどの領域を結合干渉信号で分配するか,挿入フィルタの効果(干渉信号の減衰), 隣接する結合/導体, と効果 PCBボード 地面または地域.