Die traditionellen Tools zum Debuggen PCB umfassen: Zeitbereichs-Oszilloskop, TDR (Zeitbereichs-Reflektometrie)-Oszilloskop, Logikanalysator und Frequenzbereichs-Spektrumanalysator und andere Geräte, aber diese Methoden können nicht die Gesamtinformationen der Leiterplatte wiedergeben. Daten. PCB-Platine wird auch als Leiterplatte, Leiterplatte, kurz Leiterplatte, PCB (Printed Circuit Board) oder PWB (Printed Wiring Board) bezeichnet, mit Isolierplatte als Basismaterial, in eine bestimmte Größe geschnitten und zumindest angebracht Ein leitfähiges Muster mit Löchern (wie Bauteillöcher, Befestigungslöcher, metallisierte Löcher, etc.) wird verwendet, um das Chassis der elektronischen Komponenten des vorherigen Geräts zu ersetzen und die Verbindung zwischen den elektronischen Komponenten herzustellen. Da diese Platine im elektronischen Druck hergestellt wird, wird sie als „gedruckte“ Leiterplatte bezeichnet. Es ist nicht richtig, “Leiterplatte” als “Leiterplatte” zu bezeichnen, da es keine “gedruckten Komponenten”, sondern nur eine Verdrahtung auf der Leiterplatte gibt.

So erhalten und wenden Sie elektromagnetische PCB-Informationen an

Das Emscan-Scansystem für elektromagnetische Verträglichkeit verwendet eine patentierte Array-Antennentechnologie und eine elektronische Schalttechnologie, die den Strom der Leiterplatte mit hoher Geschwindigkeit messen kann. Der Schlüssel zu Emscan ist die Verwendung einer patentierten Array-Antenne zur Messung der Nahfeldstrahlung der auf dem Scanner platzierten Arbeitsplatine. Dieses Antennenarray besteht aus 40 x 32 (1280) kleinen H-Feld-Sonden, die in eine 8-lagige Leiterplatte eingebettet sind, und der Leiterplatte wird eine Schutzschicht hinzugefügt, um die zu prüfende Leiterplatte zu platzieren. Die Ergebnisse der Spektrumsabtastung können uns ein grobes Verständnis des vom Prüfling erzeugten Spektrums geben: wie viele Frequenzkomponenten es gibt und die ungefähre Größe jeder Frequenzkomponente.

Vollbandscan

Das Design der Leiterplatte basiert auf dem Schaltplan, um die vom Schaltungsdesigner geforderten Funktionen zu realisieren. Das Design der Leiterplatte bezieht sich hauptsächlich auf das Layoutdesign, das verschiedene Faktoren berücksichtigen muss, wie das Layout der externen Anschlüsse, das optimierte Layout der internen elektronischen Komponenten, das optimierte Layout von Metallverbindungen und Durchgangslöchern, elektromagnetischer Schutz und Wärmeableitung. Ein ausgezeichnetes Layout-Design kann Produktionskosten sparen und eine gute Schaltungsleistung und Wärmeableitungsleistung erzielen. Einfache Layoutgestaltung kann von Hand realisiert werden, während komplexe Layoutgestaltung mit Hilfe von Computer Aided Design realisiert werden muss.

Legen Sie beim Ausführen der Spektrum-/Raumscanfunktion die Arbeitsplatine auf den Scanner. Die Leiterplatte wird durch das Raster des Scanners in 7.6 mm × 7.6 mm Raster unterteilt (jedes Raster enthält eine H-Feld-Sonde) und führt nach dem Scannen das gesamte Frequenzband jeder Sonde aus (der Frequenzbereich kann von 10 kHz bis 3 GHz reichen) , liefert Emscan schließlich zwei Bilder, nämlich das synthetisierte Spektrogramm (Abbildung 1) und die synthetisierte Raumkarte (Abbildung 2).

So erhalten und wenden Sie elektromagnetische PCB-Informationen an

Spectrum/Spatial Scanning erhält alle Spektraldaten jeder Sonde im gesamten Scanbereich. Nachdem Sie einen Spektrums-/Raumscan durchgeführt haben, können Sie die Informationen zur elektromagnetischen Strahlung aller Frequenzen an allen räumlichen Standorten abrufen. Sie können sich das Spektrum/die räumlichen Scandaten in Abbildung 1 und Abbildung 2 als Bündel räumlicher Scandaten oder als Bündel von Spektrumsscandaten vorstellen. du kannst:

1. Zeigen Sie die räumliche Verteilungskarte des angegebenen Frequenzpunkts (eine oder mehrere Frequenzen) genau wie das räumliche Scanergebnis an, wie in Abbildung 3 gezeigt.

2. Betrachten Sie das Spektrogramm des angegebenen physikalischen Standortpunktes (ein oder mehrere Gitter) genauso wie das Ergebnis des Spektralscans.

Die verschiedenen räumlichen Verteilungsdiagramme in Fig. 3 sind die räumlichen Abdomendiagramme der Frequenzpunkte, die durch bestimmte Frequenzpunkte betrachtet werden. Er wird durch Angabe des Frequenzpunktes mit × im obersten Spektrogramm der Abbildung erhalten. Sie können einen Frequenzpunkt angeben, um die räumliche Verteilung jedes Frequenzpunkts anzuzeigen, oder Sie können mehrere Frequenzpunkte angeben, z. B. alle harmonischen Punkte von 83M angeben, um das Gesamtspektrogramm anzuzeigen.

Im Spektrogramm in Abbildung 4 ist der graue Teil das Gesamtspektrogramm und der blaue Teil das Spektrogramm an der angegebenen Position. Durch Angabe der physikalischen Position auf der Platine mit ×, Vergleich des Spektrogramms (blau) und des an dieser Position erzeugten Gesamtspektrogramms (grau) wird der Ort der Störquelle gefunden. Aus Abbildung 4 ist ersichtlich, dass dieses Verfahren schnell den Ort der Störquelle sowohl für Breitbandstörungen als auch für Schmalbandstörungen finden kann.

Lokalisieren Sie schnell die Quelle elektromagnetischer Störungen

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Ein Spektrumanalysator ist ein Instrument zum Studium der Spektrumstruktur elektrischer Signale. Es wird verwendet, um Signalverzerrung, Modulation, spektrale Reinheit, Frequenzstabilität und Intermodulationsverzerrung zu messen. Es kann verwendet werden, um bestimmte Schaltungssysteme wie Verstärker und Filter zu messen. Parameter ist ein elektronisches Mehrzweck-Messgerät. Es kann auch Frequenzbereichs-Oszilloskop, Tracking-Oszilloskop, Analyse-Oszilloskop, Harmonischer-Analysator, Frequenzcharakteristik-Analysator oder Fourier-Analysator genannt werden. Moderne Spektrumanalysatoren können Analyseergebnisse analog oder digital anzeigen und elektrische Signale in allen Hochfrequenzbändern von sehr niedrigen Frequenzen bis zu Submillimeterwellenbändern unter 1 Hz analysieren.

Mit einem Spektrumanalysator und einer einzigen Nahfeldsonde lassen sich auch „Störquellen“ lokalisieren. Hier verwenden wir die Methode des „Feuerlöschens“ als Metapher. Der Fernfeldtest (EMV-Normtest) ist vergleichbar mit „Feuererkennung“. Überschreitet ein Häufigkeitspunkt den Grenzwert, gilt dies als „ein Brand wurde festgestellt“. Die traditionelle Lösung „Spektrumanalysator + Einzelsonde“ wird im Allgemeinen von EMI-Ingenieuren verwendet, um zu erkennen, „aus welchem ​​Teil des Gehäuses die Flamme kommt“. Nachdem die Flamme erkannt wurde, besteht die allgemeine Methode zur EMI-Unterdrückung darin, Abschirmung und Filterung zu verwenden. „Flamme“ ist im Inneren des Produkts abgedeckt. Emscan ermöglicht es uns, die Quelle der Störquelle – „Feuer“ – zu erkennen, aber auch das „Feuer“, also die Ausbreitung der Störquelle, zu sehen.

Es ist deutlich zu erkennen, dass es mit „vollständigen elektromagnetischen Informationen“ sehr bequem ist, elektromagnetische Störquellen zu lokalisieren, nicht nur das Problem der elektromagnetischen Schmalbandstörung lösen, sondern auch wirksam bei breitbandigen elektromagnetischen Störungen.

Die allgemeine Methode ist wie folgt:

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(1) Überprüfen Sie die räumliche Verteilung der Grundwelle und finden Sie die physikalische Position mit der größten Amplitude auf der räumlichen Verteilungskarte der Grundwelle. Geben Sie für Breitbandinterferenzen eine Frequenz in der Mitte der Breitbandinterferenz an (z.

(2) Geben Sie den Standort an und sehen Sie sich das Spektrogramm des Standorts an. Prüfen Sie, ob die Amplitude jedes harmonischen Punktes an dieser Position mit dem Gesamtspektrogramm übereinstimmt. Wenn sie sich überlappen, bedeutet dies, dass der angegebene Ort der stärkste Ort ist, der diese Interferenzen erzeugt. Prüfen Sie bei Breitbandstörungen, ob der Standort der maximale Standort der gesamten Breitbandstörung ist.

(3) In vielen Fällen werden nicht alle Oberwellen an einem Ort erzeugt. Manchmal werden gerade Harmonische und ungerade Harmonische an unterschiedlichen Stellen erzeugt, oder jede harmonische Komponente kann an unterschiedlichen Stellen erzeugt werden. In diesem Fall können Sie den Ort mit der stärksten Strahlung finden, indem Sie sich die räumliche Verteilung der für Sie wichtigen Frequenzpunkte ansehen.

(4) Das Ergreifen von Maßnahmen an den Orten mit der stärksten Strahlung ist zweifellos die effektivste Lösung für EMI/EMV-Probleme.

Diese Art der EMI-Untersuchungsmethode, die die „Quelle“ und den Ausbreitungspfad wirklich verfolgen kann, ermöglicht es Ingenieuren, EMI-Probleme mit den niedrigsten Kosten und der schnellsten Geschwindigkeit zu beseitigen. In einem tatsächlichen Messfall eines Kommunikationsgeräts wird vom Telefonleitungskabel abgestrahlte Interferenz abgestrahlt. Nachdem mit EMSCAN das oben erwähnte Tracking und Scanning durchgeführt wurde, wurden schließlich noch einige Filterkondensatoren auf der Prozessorplatine installiert, die das EMI-Problem lösten, das der Ingenieur nicht lösen konnte.

Lokalisieren Sie schnell den Ort des Stromkreisfehlers

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Mit der Zunahme der PCB-Komplexität nehmen auch die Schwierigkeit und der Arbeitsaufwand beim Debuggen zu. Mit einem Oszilloskop oder Logikanalysator kann nur eine oder eine begrenzte Anzahl von Signalleitungen gleichzeitig beobachtet werden. Es können jedoch Tausende von Signalleitungen auf der Leiterplatte vorhanden sein. Ingenieure können das Problem nur durch Erfahrung oder Glück finden. Das Problem.

Wenn wir die „vollständigen elektromagnetischen Informationen“ des normalen Boards und des fehlerhaften Boards haben, können wir die Daten der beiden vergleichen, um das abnormale Frequenzspektrum zu finden, und dann die „Störquellenortungstechnologie“ verwenden, um den Standort der anormales Frequenzspektrum. Suchen Sie den Ort und die Ursache des Fehlers.

Abbildung 5 zeigt das Frequenzspektrum des normalen Boards und des fehlerhaften Boards. Durch einen Vergleich lässt sich leicht feststellen, dass auf der defekten Platine eine abnormale Breitbandstörung vorliegt.

Suchen Sie dann die Stelle, an der dieses „anomale Frequenzspektrum“ auf der räumlichen Verteilungskarte der fehlerhaften Platine erzeugt wird, wie in Abbildung 6 gezeigt. Auf diese Weise befindet sich die Fehlerstelle auf einem Gitter (7.6 mm × 7.6 mm) und das Problem kann sehr ernst sein. Die Diagnose wird bald gestellt.

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Anwendungsfälle zur Bewertung der PCB-Designqualität

Eine gute Leiterplatte muss von einem Ingenieur sorgfältig entworfen werden. Zu den Themen, die berücksichtigt werden müssen, gehören:

(1) Angemessenes Kaskadendesign

Insbesondere die Anordnung von Groundplane und Powerplane sowie das Design der Schicht, in der sich die empfindlichen Signalleitungen und die stark strahlungserzeugenden Signalleitungen befinden. Außerdem gibt es die Aufteilung von Groundplane und Powerplane sowie die Verlegung von Signalleitungen über den geteilten Bereich.

(2) Halten Sie die Impedanz der Signalleitung so konstant wie möglich

So wenig Vias wie möglich; so wenige rechtwinklige Spuren wie möglich; und eine möglichst kleine Stromrückleitungsfläche, kann weniger Oberwellen und eine geringere Strahlungsintensität erzeugen.

(3) Guter Leistungsfilter

Angemessener Filterkondensatortyp, Kapazitätswert, Menge und Platzierungsposition sowie eine vernünftige geschichtete Anordnung von Groundplane und Powerplane können sicherstellen, dass elektromagnetische Störungen auf dem kleinstmöglichen Bereich kontrolliert werden.

(4) Versuchen Sie, die Integrität der Masseebene sicherzustellen

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So wenig Vias wie möglich; sinnvoll über Sicherheitsabstand; vernünftiges Gerätelayout; über eine angemessene Vereinbarung, um die Integrität der Masseebene weitestgehend zu gewährleisten. Im Gegenteil, dichte Vias und zu große Via-Sicherheitsabstände oder ein unangemessenes Gerätelayout beeinträchtigen die Integrität der Masseebene und der Leistungsebene ernsthaft, was zu einer großen Menge an induktivem Übersprechen und Gleichtaktstrahlung führt und die Schaltung verursacht Mehr empfindlich gegenüber externen Störungen.

(5) Finden Sie einen Kompromiss zwischen Signalintegrität und elektromagnetischer Verträglichkeit

Um die normale Funktion des Geräts zu gewährleisten, erhöhen Sie die Anstiegs- und Abfallflankenzeit des Signals so weit wie möglich, um die Amplitude und die Anzahl der Oberwellen der vom Signal erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu reduzieren. Sie müssen beispielsweise einen geeigneten Dämpfungswiderstand, eine geeignete Filtermethode usw. auswählen.

In der Vergangenheit konnte die Qualität des PCB-Designs durch die Verwendung der vollständigen von der Leiterplatte erzeugten elektromagnetischen Feldinformationen wissenschaftlich bewertet werden. Unter Verwendung der vollständigen elektromagnetischen Informationen der Leiterplatte kann die Designqualität der Leiterplatte anhand der folgenden vier Aspekte bewertet werden: 1. Anzahl der Frequenzpunkte: Anzahl der Oberwellen. 2. Transiente Störungen: instabile elektromagnetische Störungen. 3. Strahlungsintensität: die Stärke der elektromagnetischen Interferenz an jedem Frequenzpunkt. 4. Verteilungsbereich: die Größe des Verteilungsbereichs elektromagnetischer Störungen an jedem Frequenzpunkt auf der Leiterplatte.

Im folgenden Beispiel ist das A-Board eine Verbesserung des B-Boards. Die Schaltpläne der beiden Platinen und das Layout der Hauptkomponenten sind exakt gleich. Die Ergebnisse der Spektrums-/Räumlichkeitsabtastung der beiden Platinen sind in Abbildung 7 dargestellt:

Aus dem Spektrogramm in Abbildung 7 ist ersichtlich, dass die Qualität des A-Boards offensichtlich besser ist als die des B-Boards, denn:

1. Die Anzahl der Frequenzpunkte des A-Boards ist offensichtlich geringer als die des B-Boards;

2. Die Amplitude der meisten Frequenzpunkte des A-Boards ist kleiner als die des B-Boards;

3. Die transienten Störungen (Frequenzpunkte, die nicht markiert sind) der A-Platine sind geringer als die der B-Platine.

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Aus dem Raumdiagramm ist ersichtlich, dass die gesamte elektromagnetische Störverteilungsfläche der A-Platte viel kleiner ist als die der B-Platte. Schauen wir uns die elektromagnetische Störverteilung an einem bestimmten Frequenzpunkt an. Ausgehend von der elektromagnetischen Interferenzverteilung am 462 MHz-Frequenzpunkt, der in 8 gezeigt ist, ist die Amplitude der A-Platte klein und die Fläche ist klein. Das B-Board hat eine große Reichweite und einen besonders großen Verbreitungsbereich.

Zusammenfassung dieses Artikels

Die vollständigen elektromagnetischen Informationen der Leiterplatte ermöglichen uns ein sehr intuitives Verständnis der gesamten Leiterplatte, was nicht nur Ingenieuren bei der Lösung von EMI/EMV-Problemen hilft, sondern auch Ingenieuren hilft, die Leiterplatte zu debuggen und die Designqualität der Leiterplatte kontinuierlich zu verbessern. In ähnlicher Weise gibt es viele Anwendungen von EMSCAN, wie beispielsweise die Unterstützung von Ingenieuren bei der Lösung elektromagnetischer Anfälligkeitsprobleme und so weiter.