PCB部落格 - 高速PCB板中的電磁輻射檢測科技

現時, 大多數硬體工程師只設計 PCB電路板 根據經驗. 調試過程中, 許多需要觀察的訊號線或晶片引脚埋在 PCB板, 示波器等工具無法檢測到. 如果產品無法通過功能測試, 他們也沒有找到問題原因的有效手段. 為了驗證產品的EMC特性, 唯一的方法是將產品帶到標準電磁相容性量測室進行量測. 由於該量測只能量測產品的外部輻射, 即使失敗了, 它不能為解决問題提供有用的資訊. 因此, 工程師只能修改 PCB板 並重複測試. 這種測試方法非常昂貴，可能會延遲上市時間. 當然, 有很多高速 PCB板 可以幫助工程師解决一些問題的分析和類比設計工具, 但設備型號仍有許多局限性. 例如, many devices do not have the IBIS model that can solve the signal integrity (SI) simulation. 模型或模型不準確. 類比EMC問題, 必須使用SPICE模型, 但現時幾乎所有ASIC都無法提供SPICE模型, 沒有SPICE模型, 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). 此外, 模擬工具通常不得不在精度和模擬時間之間折衷. 相對較高的精度需要較長的計算時間, 而模擬速度快的工具精度低. 因此, 使用這些工具進行模擬無法完全解决高速時的相互干擾問題 PCB板 設計.

我們知道高頻訊號在多層中的返回路徑 PCB板 should be on the reference ground plane (power layer or ground layer) adjacent to the signal line layer, 這種回流和阻抗, 但實際的地面層或供電層會出現分裂和空鼓, 從而改變返回路徑, 導致更大的返回區域, 引起電磁輻射和地面反彈雜訊. 如果工程師能够理解當前路徑, 它們可以避免較大的返回路徑，並有效控制電磁輻射. 然而, 訊號返回路徑由許多因素决定，例如訊號線佈線, PCB電源和接地配電結構, 供電點, 去耦電容器, 設備放置位置和數量. 因此, 從理論上確定複雜系統的返回路徑非常重要. 困難. 因此, 在設計階段消除輻射雜訊問題非常重要. 我們可以使用示波器查看訊號波形，以幫助解決信號完整性問題, 那麼，有沒有任何設備可以在電路板上看到輻射和回流的“模式”?

Electromagnetic field high-speed scanning measurement technology
Among the various electromagnetic radiation measurement methods, 有一種近場掃描測量方法可以解决這個問題, which is 設計ed based on the principle that electromagnetic radiation is formed by high-frequency current loops on the device under test (DUT). 例如, 加拿大Emscan公司的電磁輻射掃描系統Emscan就是根據這一原理製造的. It uses H-field array probes (32×40=1280 probes) to detect the current on the DUT. 量測期間, DUT直接放置在設備的掃描頂部. 這些探頭檢測高頻電流變化引起的電磁場變化, 該系統提供了PCB上射頻電流空間分佈的視覺影像. 電磁相容掃描系統已廣泛應用於通信等工業領域, 汽車, 辦公設備, 和消費電子產品. 通過系統提供的電流密度圖, 在進行電磁相容性標準測試之前，工程師可以找到存在電磁干擾問題的區域. 採取適當行動. Near-field scanning principle Emscan's measurement is mainly carried out in the active near-field region (r<<λ/2π). 從DUT發出的大部分輻射訊號耦合到磁場探頭, 少量能量擴散到自由空間. 磁場探頭將近H場的磁通線與PCB上的電流耦合, 它還獲取了近E場的一些軌跡分量.

高電流和低壓電流源主要與磁場有關, 而高壓和低電流電壓源主要與電場有關. 在…上 PCB板s, 純電場或純磁場很少見. 在射頻和微波電路中, 電路和用於連接的微帶或微帶線的輸入阻抗設計為50歐姆. 這種低阻抗設計使這些元件能够產生大電流和低電壓變化. 此外, 數位電路的趨勢也是使用電壓差較低的邏輯器件, 而有源近場區的磁場波阻抗遠小於電場波阻抗. 考慮到這些因素, 大多數的有源近場能量 PCB板 包含在近場磁場中, 囙此，電磁掃描掃描系統使用的磁場回路適用於這些故障的近場診斷 PCB板s. 所有迴圈都相同, 然而，它們在迴響網絡中的位置不同, 囙此，迴響網絡可以感知每個回路的響應, 量測每個回路相對於參攷源的響應，並將其視為濾波傳遞函數. 確保量測的線性, Emscan量測該傳遞函數的逆.

由於採用了陣列天線和電子自動切換天線科技, 量測速度大大加快, 這比手動單探頭量測方案快數千倍，比自動單探頭量測方案快數百倍, 可以快速有效地判斷電路改造前後的效果. . 快速掃描科技及其先進的保幅掃描科技和同步掃描科技使系統能够有效捕獲瞬態事件, 同時, 它採用了可以提高頻譜分析儀測量精度的科技, 提高量測可靠性和重複性.

估算近場輻射干擾的測量方法 PCB板
設備輻射干擾的檢查 PCB板 可以分幾個步驟進行. 首先確定要掃描的區域, then select a probe (7.5mm grid) that can fully sample the scanning area, 在100kHz至3GHz的頻率範圍內進行頻譜掃描, 並存儲每個頻點的電平. 注意，可以使用空間掃描在掃描區域內進一步檢查較大的頻率點, 可以定位干擾源和關鍵電路路徑. 被測電路板必須盡可能靠近掃描電路板，因為隨著距離的新增，接收到的信噪比降低，並且還存在“分離”效應. 實際測量中, 該距離應小於1.5cm. 正如我們所見, 由於部件的高度，部件側的量測有時會導致量測問題, 囙此，為了校正量測的電壓水准，必須考慮元件的高度. 在基本檢查中, 考慮了分離距離修正係數. 我們可以很快得到量測結果, 但這些結果無法確定產品是否符合EMC特性, 因為它量測的值是由電路上的高頻電流產生的電磁近場 PCB板. 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).

儘管Emscan量測不能取代標準的EMC測試, 事實證明，它們在許多方面都很有用. 通過對量測結果的分析, 可以得出許多結論，以促進產品的後續開發. 除了獲得電壓水准外, 以下資訊也非常重要：干擾產生點, 干擾分佈, 大面積干擾傳導路徑, 干擾僅限於 PCB板, 以及內部結構或相鄰I之間的耦合/O模塊等., 您還可以看到數位電路和類比電路分離的效果. 上述測量值可作為質量評估的標準 PCB板 design. 進一步的, 如果我們已經知道類似產品的EMC特性 PCB板, 我們可以在產品開發的早期階段對EMC特性進行更可靠的評估, 例如是否應使用遮罩, 等. 特別地, 電磁場高速掃描系統也可以揭示瞬態電磁干擾問題, 在電磁相容性量測中通常無法檢測到, 但它們會影響產品效能和可靠性.

* Estimation of the anti-interference performance of the PCB板
實際使用中, 所有電子設備都會受到電磁場的干擾. 如果設備不能滿足抗干擾要求且未遮罩, 設備的效能將受到電磁干擾的影響. 事實表明，干擾訊號的頻率可能為數百MHz, 這些干擾主要通過連接的導體耦合, 囙此，I的抗干擾設計/O模塊非常重要. 為了提高產品的抗干擾效能, 有時必須添加過濾等手段, 這意味著產品的成本將新增. 從這個角度來看, 找到優化所有電路和組件的解決方案非常重要.

通過適當修改上述測量方法, 在產品開發和測試階段，可以正確估計產品的抗干擾效能. 改進的方法如下：將 PCB板 在掃描板上執行頻譜掃描，以確定 PCB板, 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線路或導體, 步長為10MHz, the frequency range can meet the requirements of 10MHz to 150MHz (to avoid overlapping with the interference frequency of the PCB板), and the power is -20 to 0dBm (depending on the type of coupling device and PCB板) The generator performs a spatial scan at a frequency consistent with the applied interference signal. 在空間掃描圖上可以清楚地看到從耦合點到PCB的干擾訊號分佈, 然後可以根據以下原則解釋空間掃描結果, 包括PCB上的哪些區域分佈有耦合干擾訊號, effectiveness of inserted filters (attenuating interfering signals), 相鄰I的耦合/O導體, 和有效性 PCB板 地平面或區域.