Tradiční nástroje pro ladění PCB zahrnují: osciloskop v časové oblasti, osciloskop TDR (reflektometrie v časové oblasti), logický analyzátor a frekvenční spektrální analyzátor a další zařízení, ale tyto metody nemohou poskytnout odraz celkových informací desky PCB. data. Deska s plošnými spoji se také nazývá deska s plošnými spoji, deska s plošnými spoji, zkráceně deska s plošnými spoji, zkráceně PCB (deska s plošnými spoji) nebo PWB (deska s plošnými spoji), přičemž se jako základní materiál používá izolační deska, nařezaná na určitou velikost a alespoň připojen Vodivý vzor s otvory (jako jsou otvory pro součástky, upevňovací otvory, pokovené otvory atd.) se používá k výměně šasi elektronických součástek předchozího zařízení a k realizaci propojení mezi elektronickými součástkami. Protože je tato deska vyrobena pomocí elektronického tisku, nazývá se „tištěná“ deska s plošnými spoji. Není přesné nazývat „desku plošných spojů“ jako „tištěný obvod“, protože na desce plošných spojů nejsou žádné „tištěné součástky“, ale pouze kabeláž.

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Skenovací systém elektromagnetické kompatibility Emscan využívá patentovanou technologii pole antény a technologii elektronického přepínání, která dokáže měřit proud desky plošných spojů vysokou rychlostí. Klíčem k Emscanu je použití patentované anténní soustavy pro měření vyzařování blízkého pole pracovní desky plošných spojů umístěné na skeneru. Toto anténní pole se skládá ze 40 x 32 (1280) malých sond H-pole, které jsou zapuštěny v 8vrstvé desce s plošnými spoji a na desce s plošnými spoji je přidána ochranná vrstva, aby byla testována PCB. Výsledky skenování spektra nám mohou poskytnout přibližnou představu o spektru generovaném EUT: kolik frekvenčních složek je a přibližnou velikost každé frekvenční složky.

Kompletní skenování pásma

Návrh desky plošných spojů je založen na schématu zapojení pro realizaci funkcí požadovaných návrhářem obvodu. Návrh desky s plošnými spoji se týká především návrhu rozložení, který musí vzít v úvahu různé faktory, jako je rozložení vnějších spojů, optimalizované rozložení vnitřních elektronických součástek, optimalizované rozložení kovových spojů a průchozích otvorů, elektromagnetická ochrana a odvod tepla. Vynikající design uspořádání může ušetřit výrobní náklady a dosáhnout dobrého výkonu obvodu a výkonu odvodu tepla. Jednoduchý návrh uspořádání lze realizovat ručně, zatímco komplexní návrh uspořádání je třeba realizovat pomocí počítačově podporovaného návrhu.

Při provádění funkce spektrálního/prostorového skenování umístěte pracovní desku plošných spojů na skener. Deska plošných spojů je rozdělena na mřížky 7.6 mm × 7.6 mm mřížkou skeneru (každá mřížka obsahuje sondu H-pole) a spustí se Po naskenování celého frekvenčního pásma každé sondy (frekvenční rozsah může být od 10 kHz do 3 GHz) Emscan nakonec poskytuje dva obrázky, konkrétně syntetizovaný spektrogram (obrázek 1) a syntetizovanou mapu prostoru (obrázek 2).

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Spektrum/prostorové skenování získává všechna data spektra každé sondy v celé skenovací oblasti. Po provedení spektrálního/prostorového skenování můžete získat informace o elektromagnetickém záření všech frekvencí na všech prostorových místech. Data spektra/prostorového skenování na obrázku 1 a obrázku 2 si můžete představit jako hromadu dat prostorového skenování nebo hromadu spekter Skenujte data. můžeš:

1. Zobrazte mapu prostorového rozložení zadaného frekvenčního bodu (jedna nebo více frekvencí) stejně jako zobrazení výsledku prostorového skenování, jak je znázorněno na obrázku 3.

2. Prohlédněte si spektrogram zadaného fyzického bodu umístění (jedna nebo více mřížek) stejně jako prohlížení výsledku skenování spektra.

Různé diagramy prostorového rozložení na obr. 3 jsou prostorové diagramy břišních frekvenčních bodů pozorovaných prostřednictvím určených frekvenčních bodů. Získá se specifikací frekvenčního bodu s × v nejvyšším spektrogramu na obrázku. Můžete určit frekvenční bod pro zobrazení prostorového rozložení každého frekvenčního bodu, nebo můžete zadat více frekvenčních bodů, například zadat všechny harmonické body 83M pro zobrazení celkového spektrogramu.

Na spektrogramu na obrázku 4 je šedá část celkovým spektrogramem a modrá část je spektrogram v určené poloze. Zadáním fyzického umístění na desce plošných spojů pomocí ×, porovnáním spektrogramu (modrá) a celkového spektrogramu (šedá) generovaného v této poloze, je nalezeno umístění zdroje rušení. Z obrázku 4 je vidět, že touto metodou lze rychle najít místo zdroje rušení jak pro širokopásmové rušení, tak pro úzkopásmové rušení.

Rychle lokalizujte zdroj elektromagnetického rušení

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Spektrální analyzátor je nástroj pro studium struktury spektra elektrických signálů. Používá se k měření zkreslení signálu, modulace, spektrální čistoty, frekvenční stability a intermodulačního zkreslení. Lze jej použít k měření určitých obvodových systémů, jako jsou zesilovače a filtry. Parametr je víceúčelový elektronický měřicí přístroj. Může se také nazývat osciloskop ve frekvenční oblasti, sledovací osciloskop, analytický osciloskop, harmonický analyzátor, analyzátor frekvenčních charakteristik nebo Fourierův analyzátor. Moderní spektrální analyzátory mohou zobrazovat výsledky analýzy analogovým nebo digitálním způsobem a mohou analyzovat elektrické signály ve všech radiofrekvenčních pásmech od velmi nízkých frekvencí až po submilimetrová vlnová pásma pod 1 Hz.

Pomocí spektrálního analyzátoru a jedné sondy blízkého pole lze také lokalizovat „zdroje rušení“. Zde používáme jako metaforu metodu „hašení ohně“. Test vzdáleného pole (standardní test EMC) lze přirovnat k „detekci požáru“. Pokud frekvenční bod překročí mezní hodnotu, je to považováno za „požár byl nalezen“. Tradiční řešení „spektrální analyzátor + jedna sonda“ je obecně používáno inženýry EMI k detekci „ze které části šasi vychází plamen“. Po detekci plamene je obecnou metodou potlačení EMI použití stínění a filtrování. „Plamen“ je zakrytý uvnitř produktu. Emscan nám umožňuje detekovat zdroj rušení – „požár“, ale také vidět „oheň“, tedy způsob, jakým se zdroj rušení šíří.

Je jasně vidět, že pomocí „kompletních elektromagnetických informací“ je velmi výhodné lokalizovat zdroje elektromagnetického rušení, nejen že může vyřešit problém úzkopásmového elektromagnetického rušení, ale je také účinné pro širokopásmové elektromagnetické rušení.

Obecná metoda je následující:

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

(1) Zkontrolujte prostorové rozložení základní vlny a najděte fyzickou polohu s největší amplitudou na mapě prostorového rozložení základní vlny. Pro širokopásmové rušení zadejte frekvenci uprostřed širokopásmového rušení (například 60MHz-80MHz širokopásmové rušení, můžeme zadat 70MHz), zkontrolujte prostorové rozložení frekvenčního bodu a najděte fyzické umístění s největší amplitudou.

(2) Specify the location and look at the spectrogram of the location. Check whether the amplitude of each harmonic point at this position coincides with the total spectrogram. If they overlap, it means that the designated location is the strongest place that produces these interferences. For broadband interference, check whether the location is the maximum location of the entire broadband interference.

(3) V mnoha případech nejsou všechny harmonické generovány na jednom místě. Někdy jsou dokonce harmonické a liché harmonické generovány na různých místech, nebo může být každá harmonická složka generována na různých místech. V tomto případě můžete najít místo s nejsilnějším vyzařováním pohledem na prostorové rozložení frekvenčních bodů, na kterých vám záleží.

(4) Provádění opatření v místech s nejsilnější radiací je nepochybně nejúčinnějším řešením problémů EMI/EMC.

Tento druh vyšetřovací metody EMI, která dokáže skutečně vysledovat „zdroj“ a cestu šíření, umožňuje inženýrům eliminovat problémy s EMI při nejnižších nákladech a nejvyšší rychlosti. Ve skutečném případě měření komunikačního zařízení vyzařované rušení vyzařované z kabelu telefonní linky. Po použití EMSCAN k provedení výše uvedeného sledování a skenování bylo nakonec na procesorovou desku nainstalováno několik dalších filtračních kondenzátorů, což vyřešilo problém EMI, který inženýr nedokázal vyřešit.

Quickly locate the circuit fault location

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

S rostoucí složitostí PCB se zvyšuje i obtížnost a pracnost ladění. Pomocí osciloskopu nebo logického analyzátoru lze současně pozorovat pouze jednu nebo omezený počet signálových čar. Na desce plošných spojů však mohou být tisíce signálních linek. Inženýři mohou najít problém pouze na základě zkušeností nebo štěstí. Problém.

Pokud máme „kompletní elektromagnetické informace“ normální desky a vadné desky, můžeme porovnat data obou, abychom našli abnormální frekvenční spektrum, a pak použít „technologii lokalizace zdroje rušení“ ke zjištění polohy abnormální frekvenční spektrum. Najděte místo a příčinu poruchy.

Obrázek 5 ukazuje frekvenční spektrum normální desky a vadné desky. Porovnáním lze snadno zjistit, že na vadné desce je abnormální širokopásmové rušení.

Poté najděte místo, kde se toto „abnormální frekvenční spektrum“ generuje na mapě prostorového rozložení vadné desky, jak je znázorněno na obrázku 6. Tímto způsobem je místo poruchy umístěno na mřížce (7.6 mm × 7.6 mm) a problém může být velmi vážný. Diagnóza bude brzy stanovena.

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Aplikační případy pro hodnocení kvality návrhu DPS

A good PCB needs to be carefully designed by an engineer. The issues that need to be considered include:

(1) Rozumný kaskádový design

Zejména uspořádání zemní plochy a napájecí roviny a návrh vrstvy, kde jsou umístěny citlivé signálové vedení a signálové vedení, které generuje velké množství záření. Nechybí ani rozdělení zemní a napájecí roviny a vedení signálových vedení přes dělenou plochu.

(2) Udržujte impedanci signálního vedení co nejplynulejší

Co nejméně průchodů; co nejméně pravoúhlých stop; a co nejmenší oblast návratu proudu, může produkovat méně harmonických a nižší intenzitu záření.

(3) Dobrý výkonový filtr

Rozumný typ filtračního kondenzátoru, hodnota kapacity, množství a umístění, stejně jako rozumné vrstvené uspořádání zemní plochy a napájecí roviny, mohou zajistit, že elektromagnetické rušení je kontrolováno na co nejmenší ploše.

(4) Pokuste se zajistit integritu základní desky

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Co nejméně průchodů; přiměřené bezpečnostním rozestupem; rozumné uspořádání zařízení; rozumné prostřednictvím uspořádání, aby byla v co největší míře zajištěna integrita základní roviny. Naopak, husté průchody a příliš velké bezpečnostní rozteče nebo nepřiměřené uspořádání zařízení vážně ovlivní integritu zemní plochy a napájecí roviny, což povede k velkému množství indukčních přeslechů, vyzařování společného režimu a způsobí obvod. citlivé na vnější rušení.

(5) Najděte kompromis mezi integritou signálu a elektromagnetickou kompatibilitou

Za předpokladu zajištění normální funkce zařízení prodlužte dobu náběžné a sestupné hrany signálu co nejvíce, abyste snížili amplitudu a počet harmonických elektromagnetického záření generovaného signálem. Například je třeba vybrat vhodný tlumicí odpor, vhodnou metodu filtrace a podobně.

V minulosti bylo použití kompletní informace o elektromagnetickém poli generované PCB možné vědecky vyhodnotit kvalitu návrhu PCB. Pomocí kompletních elektromagnetických informací DPS lze kvalitu návrhu DPS vyhodnotit z následujících čtyř hledisek: 1. Počet frekvenčních bodů: počet harmonických. 2. Přechodové rušení: nestabilní elektromagnetické rušení. 3. Intenzita záření: velikost elektromagnetického rušení v každém frekvenčním bodě. 4. Distribuční oblast: velikost distribuční oblasti elektromagnetického rušení v každém frekvenčním bodě na DPS.

V následujícím příkladu je deska A vylepšením desky B. Schémata dvou desek a rozložení hlavních komponent jsou naprosto stejné. Výsledky spektrálního/prostorového skenování dvou desek jsou uvedeny na obrázku 7:

Ze spektrogramu na obrázku 7 je vidět, že kvalita desky A je samozřejmě lepší než kvalita desky B, protože:

1. Počet frekvenčních bodů desky A je zjevně menší než počet bodů desky B;

2. Amplituda většiny frekvenčních bodů desky A je menší než amplituda desky B;

3. Přechodové rušení (neoznačené frekvenční body) desky A je menší než rušení desky B.

Jak získat a aplikovat elektromagnetické informace PCB

Z prostorového diagramu je vidět, že celková plocha distribuce elektromagnetického rušení desky A je mnohem menší než plocha desky B. Podívejme se na rozložení elektromagnetického rušení v určitém frekvenčním bodě. Soudě podle rozložení elektromagnetického rušení ve frekvenčním bodě 462 MHz znázorněném na obrázku 8 je amplituda desky A malá a plocha je malá. Deska B má velký rozsah a obzvláště širokou distribuční oblast.

Shrnutí tohoto článku

Kompletní elektromagnetické informace PCB nám umožňují velmi intuitivně porozumět celkovému PCB, což nejen pomáhá inženýrům řešit problémy s EMI/EMC, ale také pomáhá inženýrům ladit PCB a neustále zlepšovat kvalitu návrhu PCB. Podobně existuje mnoho aplikací EMSCAN, jako je pomoc inženýrům při řešení problémů s elektromagnetickou susceptibilitou a tak dále.