Data PCB - Teknologi pengesan radiasi elektromagnetik dalam papan PCB kelajuan tinggi

Pada masa ini, kebanyakan jurutera perkakasan hanya merancang Papan PCB oleh pengalaman. Semasa proses nyahpepijat, banyak garis isyarat atau pin cip yang perlu diperhatikan dikubur di lapisan tengah Papan PCB, yang tidak dapat dikesan oleh alat seperti oscilloscopes. Jika produk tidak boleh lulus Ujian fungsi, mereka juga tidak mempunyai cara yang efektif untuk mencari penyebab masalah. Untuk mengesahkan ciri-ciri EMC produk, satu-satunya cara adalah membawa produk ke bilik pengukuran kesesuaian elektromagnetik piawai untuk pengukuran. Kerana pengukuran ini hanya boleh mengukur radiasi luaran produk, walaupun ia gagal, ia tidak boleh menyediakan maklumat berguna untuk memecahkan masalah. Therefore, jurutera hanya boleh mengubah Papan PCB empirik dan ulang ujian. Kaedah ujian ini sangat mahal dan boleh melambatkan masa ke pasar. Sudah tentu., ada banyak kelajuan tinggi Papan PCB analysis and simulation desain tools that can help engineers solve some problems, tetapi masih ada banyak keterangan pada model peranti. Contohnya, many devices do not have the IBIS model that can solve the signal integrity (SI) simulation. Model atau model tidak tepat. Untuk simulasi masalah EMC, model SPICE mesti digunakan, tetapi pada masa ini hampir semua ASICs tidak dapat menyediakan model SPICE, dan tanpa model 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). Selain itu, alat simulasi sering perlu berkompromi antara ketepatan dan masa simulasi. Ketepatan relatif tinggi memerlukan masa pengiraan panjang, sementara alat dengan kelajuan simulasi pantas mempunyai ketepatan rendah. Therefore, simulasi dengan alat-alat ini tidak dapat menyelesaikan sepenuhnya masalah gangguan bersama dalam kelajuan tinggi Papan PCB desain.

Kita tahu bahawa laluan kembali isyarat frekuensi tinggi dalam lapisan berbilang Papan PCB should be on the reference ground plane (power layer or ground layer) adjacent to the signal line layer, aliran kembali dan impedance, tetapi lapisan tanah sebenar atau lapisan bekalan kuasa akan ada bahagian dan kosong keluar, dengan itu mengubah laluan kembalinya, yang menghasilkan kawasan kembalian yang lebih besar, menyebabkan radiasi elektromagnetik dan bunyi melompat tanah. Jika jurutera boleh memahami laluan semasa, mereka boleh menghindari laluan kembali besar dan mengawal radiasi elektromagnetik secara efektif. Namun, laluan kembali isyarat ditentukan oleh banyak faktor seperti kawat garis isyarat, Sumber tenaga PCB dan struktur distribusi tanah, titik bekalan kuasa, penghapus kondensator, kedudukan dan kuantiti penempatan peranti. Therefore, ia sangat penting untuk menentukan secara teori laluan kembali sistem kompleks. Kekerasan. Therefore, ia sangat penting untuk menghapuskan masalah bunyi radiasi dalam tahap desain. Kita boleh melihat bentuk gelombang isyarat dengan oscilloscope untuk membantu masalah integriti isyarat, ada peranti yang boleh melihat "corak" radiasi dan kembali pada papan?

Electromagnetic field high-speed scanning measurement technology
Among the various electromagnetic radiation measurement methods, terdapat kaedah pengimbasan medan dekat untuk menyelesaikan masalah ini, which is designed based on the principle that electromagnetic radiation is formed by high-frequency current loops on the device under test (DUT). Contohnya, sistem pemindaian radiasi elektromagnetik Emscan syarikat EMSCAN Kanada dibuat mengikut prinsip ini. It uses H-field array probes (32×40=1280 probes) to detect the current on the DUT. During the measurement, DUT ditempatkan secara langsung di atas imbas peranti. Sond ini mengesan perubahan dalam medan elektromagnetik disebabkan perubahan dalam arus frekuensi tinggi, dan sistem menyediakan imej visual bagi distribusi ruang arus RF pada PCB. Sistem imbas kompatibilitas elektromagnetik Emscan telah digunakan secara luas dalam medan industri seperti komunikasi, kenderaan, peralatan pejabat, dan elektronik pengguna. Melalui peta ketepuan semasa yang disediakan oleh sistem, jurutera boleh cari kawasan dengan masalah EMI sebelum melakukan ujian piawai kesesuaian elektromagnetik. Ambil tindakan yang sesuai. Near-field scanning principle Emscan's measurement is mainly carried out in the active near-field region (r<<λ/2π). Kebanyakan isyarat radiasi yang dihancurkan dari DUT dipasang dengan sond medan magnetik, dan sejumlah tenaga kecil tersebar ke ruang bebas. Sond medan magnetik pasang garis aliran magnetik medan H dekat dan arus pada PCB, dan ia juga mendapatkan beberapa komponen jejak medan E yang dekat.

Sumber semasa arus-kuasa tinggi dan tenaga rendah berkaitan terutama dengan medan magnetik, sementara sumber tegangan tinggi dan semasa rendah berkaitan terutama dengan medan elektrik. Pada Papan PCBs, medan elektrik murni atau medan magnetik murni adalah jarang. Dalam sirkuit RF dan mikrogelombang, impedance input sirkuit dan garis microstrip atau microstrip yang digunakan untuk sambungan direka untuk menjadi 50 ohms. Rancangan impedance rendah ini membolehkan komponen ini menghasilkan arus besar dan perubahan tegangan rendah. Selain itu, digital circuits The trend is also to use logic devices with lower voltage differences, sementara impedance medan magnetik dalam kawasan dekat medan aktif jauh lebih kecil daripada impedance medan elektrik. Mempertimbangkan faktor-faktor ini, kebanyakan tenaga lapangan dekat aktif Papan PCB terdapat dalam medan magnetik dekat medan, jadi gelung medan magnetik yang digunakan oleh sistem imbas Emscan adalah sesuai untuk diagnosis medan dekat ini Papan PCBs. Semua gelung sama, bagaimanapun kedudukan mereka dalam rangkaian balas balik berbeza, so the feedback network can sense the response of each loop, respons setiap loop relatif kepada sumber rujukan diukur dan dianggap sebagai fungsi pemindahan ditapis. Untuk memastikan lineariti pengukuran, Imbas mengukur songsang fungsi pemindahan ini.

Kerana menggunakan antena tatasusunan dan teknologi antena pemilihan automatik elektronik, kelajuan pengukuran sangat dipercepat, yang ribuan kali lebih cepat daripada skema pengukuran satu-sond manual dan ratusan kali lebih cepat daripada skema pengukuran satu-sond automatik, yang boleh menghakimi dengan cepat dan efektif kesan sirkuit sebelum dan selepas pengubahsuaian. . Teknologi penyelamatan cepat dan teknologi penyelamatan amplitudnya yang maju dan teknologi penyelamatan sinkronik membolehkan sistem menangkap peristiwa sementara secara efektif, dan pada masa yang sama, ia mengadopsi teknologi yang boleh meningkatkan ketepatan pengukuran penganalisis spektrum, meningkatkan kepercayaan pengukuran dan kemampuan pengulangan.

Kaedah pengukuran untuk menghargai gangguan radiasi medan dekat Papan PCB
Pemeriksaan gangguan radiasi Papan PCB boleh dilakukan dalam beberapa langkah. Pertama menentukan kawasan untuk imbas, then select a probe (7.5mm grid) that can fully sample the scanning area, melakukan pengimbasan spektrum dalam julat frekuensi 100kHz hingga 3GHz, dan menyimpan aras setiap titik frekuensi. Perhatikan bahawa titik frekuensi yang lebih besar boleh diperiksa lebih lanjut dalam kawasan imbas menggunakan imbas ruang, yang boleh mencari sumber gangguan dan laluan sirkuit kritik. Papan di bawah ujian mesti hampir mungkin ke papan imbas kerana dengan jarak meningkat nisbah isyarat-bunyi yang diterima berkurang dan juga ada kesan "pemisahan". Dalam pengukuran sebenar, jarak ini sepatutnya kurang dari 1.5cm. Seperti yang kita lihat, pengukuran sisi komponen kadang-kadang boleh menyebabkan masalah dengan pengukuran disebabkan tinggi komponen, jadi tinggi komponen mesti dianggap untuk betulkan aras tegangan diukur. Dalam pemeriksaan asas, faktor penyesuaian jarak pemisahan dianggap. Kita boleh mendapatkan hasil pengukuran dengan cepat, tetapi keputusan ini tidak dapat menentukan sama ada produk memenuhi ciri-ciri EMC, kerana nilai yang diukur ialah medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh arus frekuensi tinggi pada Papan 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).

Walaupun pengukuran imbas tidak dapat menggantikan ujian EMC piawai, mereka telah terbukti berguna dalam banyak cara. Melalui analisis keputusan pengukuran, banyak kesimpulan boleh dicabut untuk memudahkan pembangunan seterusnya produk. Selain mendapatkan aras tenaga, maklumat berikut juga sangat penting: titik generasi gangguan, distribusi gangguan, laluan kondukti gangguan meliputi kawasan besar, gangguan tersekat pada kawasan yang sempit Papan PCB, dan sambungan antara struktur dalaman atau sebelah I/Modul O dll.., anda juga boleh melihat kesan pemisahan sirkuit digital dan sirkuit analog. Keukuran di atas boleh digunakan sebagai piawai untuk penilaian kualiti Papan PCB design. Lebih lanjut, jika kita sudah tahu ciri-ciri EMC yang sama Papan PCB, kita boleh membuat penilaian yang lebih dipercayai tentang ciri-ciri EMC pada tahap awal pembangunan produk, Sama ada perisai patut digunakan, dll. Terutama, sistem pengimbas kelajuan tinggi medan elektromagnetik juga boleh mengungkapkan masalah EMI yang sementara, yang sering tidak dikesan dalam pengukuran kompatibilitas elektromagnetik, tetapi ia boleh mempengaruhi prestasi produk dan kepercayaan.

* Estimation of the anti-interference performance of the Papan PCB
Dalam penggunaan sebenar, semua peranti elektronik akan diganggu oleh medan elektromagnetik. Jika peranti tidak dapat memenuhi keperluan anti-gangguan dan tidak dilindungi, prestasi peranti akan terpengaruh oleh gangguan elektromagnetik. Fakta menunjukkan frekuensi isyarat gangguan mungkin beberapa ratus MHz, and these interferences are mainly coupled through the connected conductors, jadi rancangan anti-gangguan I/Modul O sangat penting. Untuk meningkatkan prestasi anti-gangguan produk, bermakna seperti penapisan kadang-kadang perlu ditambah, yang bermakna bahawa biaya produk akan meningkat. Dari sudut pandang ini, penting untuk mencari penyelesaian yang optimizasikan semua sirkuit dan komponen.

Dengan mengubahsuai kaedah pengukuran yang disebut di atas dengan betul, prestasi anti-jamming produk boleh diharapkan dengan betul semasa pembangunan produk dan tahap ujian. Kaedah yang diperbaiki adalah sebagai berikut: letakkan Papan PCB pada papan imbas untuk melakukan imbasan spektrum untuk menentukan frekuensi gangguan Papan 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/O garis atau konduktor, dengan saiz langkah 10MHz, the frequency range can meet the requirements of 10MHz to 150MHz (to avoid overlapping with the interference frequency of the Papan PCB), and the power is -20 to 0dBm (depending on the type of coupling device and Papan PCB) The generator performs a spatial scan at a frequency consistent with the applied interference signal. Pendarahan isyarat gangguan dari titik sambungan ke PCB boleh dilihat dengan jelas pada graf imbas ruang, dan hasil pengimbasan ruang boleh ditafsirkan mengikut prinsip berikut, termasuk kawasan mana di PCB yang disebarkan dengan isyarat gangguan, effectiveness of inserted filters (attenuating interfering signals), pasangan disebelah I/O konduktor, dan efektivitas Papan PCB pesawat atau kawasan tanah.