PCB科技 - 自動掃描科技在高速PCB中的應用

電磁相容性測試是即將進入市場的電子產品的一項非常重要的測試, 但是之前的測試只能得到他們是否能通過的結果, 無法提供更多有用資訊. 本文介紹了使用高速自動掃描科技量測電磁輻射並檢測PCB上電磁場的變化, 因此 PCB工程 在進行電磁相容標準測試之前，科技人員可以發現相關問題並及時糾正.

現時，大多數硬體工程師只使用經驗來設計PCB。 在調試過程中，許多需要觀察的訊號線或晶片引脚埋在PCB的中間層，無法使用示波器等工具進行檢測。 如果產品未通過功能測試，他們也沒有有效的手段來找到問題的原因。 如果要驗證產品的EMC特性，只能將產品帶到標準電磁相容性量測室進行量測。 因為這種量測只能量測產品的外部輻射，即使它沒有通過，也無法為解决問題提供有用的資訊。 囙此，工程師只能根據經驗修改PCB並重複測試。 這種測試方法非常昂貴，可能會延后產品的上市時間。

當然, 有很多 高速PCB 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, the IBIS model that can solve signal integrity (SI) simulation has many devices without models. 或者模型不準確. 準確類比EMC問題, 你必須使用SPICE模型, 但現時幾乎所有ASIC都無法提供SPICE模型, 沒有SPICE模型, EMC simulation cannot take the radiation of the device into account (the radiation of the device is higher than that of the transmission line Radiation is much greater).

我們知道，多層PCB中高頻訊號的返回路徑應位於與訊號線層相鄰的參攷接地層（電源層或接地層），囙此返回流和阻抗最小，但在實際接地層或電源層中會出現分裂和空洞，從而改變返回路徑，導致返回區域變大， 引起電磁輻射和地面反彈雜訊。 如果工程師能够理解電流路徑，他們可以避免大的返回路徑，並有效地控制電磁輻射。 然而，訊號返回路徑由許多因素决定，例如訊號線佈線、PCB電源和地面配電結構、電源點、去耦電容器以及設備放置和數量。 囙此，從理論上很難確定複雜系統的返回路徑。

電磁場的高速掃描量測科技

在各種電磁輻射測量方法中，有一種近場掃描測量方法可以解决這個問題。 該方法的設計原理是，電磁輻射由被測設備（DUT）上的高頻電流回路形成。 例如加拿大EMSCAN公司

電磁輻射掃描系統Emscan就是根據這一原理製作的。 它使用H場陣列探頭（32×40=1280個探頭）檢測DUT上的電流。 在量測過程中，DUT直接放置在掃描儀上。 這些探頭可以檢測高頻電流變化引起的電磁場變化，系統可以提供PCB上射頻電流空間分佈的視覺影像

Emscan電磁相容掃描系統已廣泛應用於通信、汽車、辦公設備和消費電子等工業領域。 通過系統提供的電流密度圖，工程師可以在進行電磁相容標準測試之前找到存在電磁干擾問題的區域。 採取相應措施。

近場掃描原理Emscan的量測主要在有源近場區（r<<2Ï»/2Ï）進行。 DUT發出的大部分輻射訊號與磁場探頭耦合，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，並獲得近E場的一些軌跡分量。

大電流低壓電流源主要與磁場有關，而高壓低壓電流源主要與電場有關。 在印刷電路板上，純電場或純磁場是罕見的。 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產生大電流和低電壓變化。 此外，數位電路的趨勢是使用電壓差較低的邏輯器件，並且有源近場區域的磁場波阻抗遠小於電場波阻抗。 綜合這些因素，PCB有源近場區域的大部分能量都包含在近場中，囙此Emscan掃描系統中使用的磁場回路適用於這些PCB的近場診斷。

所有環路都是相同的，但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環路的響應，並且量測每個環路對參攷源的響應，並將其視為濾波器傳遞函數。 為了確保量測的線性，Emscan量測該傳遞函數的倒數。

由於使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，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修改前後電路的效果。 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，從而提高了量測的準確性和重複性。

評估PCB近場輻射干擾的測量方法

PCB輻射干擾的檢查可以分幾個步驟進行。 首先確定要掃描的區域，然後選擇可以對掃描區域進行完全採樣的探頭（網格7.5mm），在00kHz3GHz的頻率範圍內進行頻譜掃描，並存儲每個頻率點的最大電平。 注意，可以使用空間掃描在掃描區域中進一步檢查相對較大的頻率點，以便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，接收到的信噪比會降低，並且會產生“分離”效應。 在實際測量中，該距離應小於1.5cm。 我們可以看到，由於部件的高度，部件表面的量測有時可能會導致量測問題，囙此必須考慮部件的高度來校正量測的電壓水准。 在基本檢查中，需要考慮分離距離修正係數。

我們可以快速獲得量測結果，但這些結果無法判斷產品是否符合EMC特性，因為測量值是PCB板上高頻電流產生的電磁近場。 標準EMC測試要求在開闊場地（OATS）或距離3米（即遠場）的暗室中進行。

雖然電磁掃描的量測不能取代標準的電磁相容性測試，但實踐證明，它確實有許多用途。 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、覆蓋大面積的干擾傳導路徑、僅限於PCB上狹窄區域的干擾、相鄰輸入/輸出模組之間的內部結構或耦合等。， 您還可以看到將數位電路與類比電路分離的效果。

上述測量值可作為 PCB設計 質量評估. 此外, 如果我們已經知道類似PCB的EMC特性, 我們可以在產品開發的早期階段對EMC特性進行相對可靠的評估, 例如是否應使用遮罩. 方法等.