ابزارهای سنتی برای رفع اشکال PCB شامل: اسیلوسکوپ دامنه زمانی، TDR (بازتاب سنجی دامنه زمانی)، اسیلوسکوپ، تحلیلگر منطقی و تحلیلگر طیف دامنه فرکانس و سایر تجهیزات است، اما این روش ها نمی توانند بازتابی از اطلاعات کلی برد PCB ارائه دهند. داده ها. برد مدار چاپی به برد مدار چاپی، برد مدار چاپی، برد مدار چاپی برای کوتاه، PCB (برد مدار چاپی) یا PWB (برد سیم کشی چاپی) به اختصار، با استفاده از برد عایق به عنوان ماده پایه، برش به اندازه معین و حداقل متصل شده یک الگوی رسانا با سوراخ‌ها (مانند سوراخ‌های اجزا، سوراخ‌های بست، سوراخ‌های فلزی و غیره) برای جایگزینی شاسی قطعات الکترونیکی دستگاه قبلی و تحقق اتصال بین قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود. از آنجایی که این برد با استفاده از چاپ الکترونیکی ساخته می شود، به آن برد مدار چاپی می گویند. درست نیست که “برد مدار چاپی” را “مدار چاپی” نامید زیرا هیچ “جزء چاپی” وجود ندارد، بلکه فقط سیم کشی روی برد مدار چاپی وجود دارد.

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

سیستم اسکن سازگاری الکترومغناطیسی Emscan از فناوری آنتن آرایه ای ثبت شده و فناوری سوئیچینگ الکترونیکی استفاده می کند که می تواند جریان PCB را با سرعت بالا اندازه گیری کند. کلید Emscan استفاده از یک آنتن آرایه ای ثبت شده برای اندازه گیری تشعشعات میدان نزدیک PCB کاری است که روی اسکنر قرار داده شده است. این آرایه آنتن از 40 × 32 (1280) پروب میدان H کوچک تشکیل شده است که در یک برد مدار 8 لایه تعبیه شده است و یک لایه محافظ برای قرار دادن PCB تحت آزمایش به برد مدار اضافه می شود. نتایج اسکن طیف می‌تواند درک تقریبی از طیف تولید شده توسط EUT به ما بدهد: چند مؤلفه فرکانس وجود دارد، و مقدار تقریبی هر جزء فرکانس.

اسکن باند کامل

طراحی برد PCB بر اساس نمودار شماتیک مدار برای تحقق عملکردهای مورد نیاز طراح مدار است. طراحی برد مدار چاپی عمدتاً به طراحی چیدمان اشاره دارد که باید عوامل مختلفی مانند چیدمان اتصالات خارجی، چیدمان بهینه اجزای الکترونیکی داخلی، چیدمان بهینه اتصالات فلزی و سوراخ ها، حفاظت الکترومغناطیسی و … را در نظر گرفت. اتلاف گرما. طراحی چیدمان عالی می تواند در هزینه تولید صرفه جویی کند و به عملکرد مدار خوب و عملکرد اتلاف گرما دست یابد. طراحی طرح بندی ساده را می توان با دست انجام داد، در حالی که طراحی چیدمان پیچیده باید با کمک طراحی به کمک رایانه محقق شود.

هنگام انجام عملکرد اسکن طیف/فضایی، PCB کار را روی اسکنر قرار دهید. PCB توسط شبکه اسکنر به شبکه های 7.6mm×7.6mm تقسیم می شود (هر شبکه شامل یک پروب میدان H است) و پس از اسکن باند فرکانس کامل هر پروب اجرا می شود (محدوده فرکانس می تواند از 10kHz-3GHz باشد) Emscan در نهایت دو تصویر، یعنی طیف نگار سنتز شده (شکل 1) و نقشه فضای سنتز شده (شکل 2) را ارائه می دهد.

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

اسکن طیف/فضایی تمام داده های طیف هر کاوشگر را در کل ناحیه اسکن به دست می آورد. پس از انجام یک اسکن طیف/فضایی، می‌توانید اطلاعات تابش الکترومغناطیسی همه فرکانس‌ها را در همه مکان‌های مکانی دریافت کنید. می توانید داده های اسکن طیف/فضایی را در شکل 1 و شکل 2 به عنوان یک دسته از داده های اسکن مکانی یا یک دسته از طیف اسکن داده ها تصور کنید. تو می توانی:

1. نقشه توزیع فضایی نقطه فرکانس مشخص شده (یک یا چند فرکانس) را درست مانند مشاهده نتیجه اسکن فضایی، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، مشاهده کنید.

2. طیف نگار نقطه مکان فیزیکی مشخص شده (یک یا چند شبکه) را درست مانند مشاهده نتیجه اسکن طیف مشاهده کنید.

نمودارهای مختلف توزیع فضایی در شکل 3، نمودارهای فضایی شکم نقاط فرکانس هستند که از طریق نقاط فرکانس تعیین شده مشاهده می شوند. با تعیین نقطه فرکانس با × در بالاترین طیف‌گرام در شکل به دست می‌آید. برای مشاهده توزیع فضایی هر نقطه فرکانس می توانید یک نقطه فرکانس را مشخص کنید، یا می توانید چندین نقطه فرکانس را مشخص کنید، برای مثال، تمام نقاط هارمونیک 83M را برای مشاهده طیف نگاری کل مشخص کنید.

در طیف‌نگار شکل 4، قسمت خاکستری طیف‌گرام کل، و قسمت آبی، طیف‌گرام در موقعیت مشخص‌شده است. با مشخص کردن مکان فیزیکی روی PCB با ×، مقایسه طیف‌نگار (آبی) و طیف‌نگار کل (خاکستری) تولید شده در آن موقعیت، محل منبع تداخل پیدا می‌شود. از شکل 4 می توان دریافت که این روش می تواند به سرعت محل منبع تداخل را برای تداخل باند پهن و تداخل باند باریک پیدا کند.

به سرعت منبع تداخل الکترومغناطیسی را پیدا کنید

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

تحلیلگر طیف ابزاری برای مطالعه ساختار طیف سیگنال های الکتریکی است. برای اندازه گیری اعوجاج سیگنال، مدولاسیون، خلوص طیفی، ثبات فرکانس و اعوجاج میان مدولاسیون استفاده می شود. می توان از آن برای اندازه گیری سیستم های مدار خاصی مانند تقویت کننده ها و فیلترها استفاده کرد. پارامتر یک ابزار اندازه گیری الکترونیکی چند منظوره است. همچنین می توان آن را اسیلوسکوپ دامنه فرکانس، اسیلوسکوپ ردیابی، اسیلوسکوپ تحلیلی، تحلیلگر هارمونیک، تحلیلگر مشخصه فرکانس یا تحلیلگر فوریه نامید. آنالایزرهای طیف مدرن می توانند نتایج تجزیه و تحلیل را به روش های آنالوگ یا دیجیتال نمایش دهند و می توانند سیگنال های الکتریکی را در تمام باندهای فرکانس رادیویی از باندهای موج فرکانس بسیار پایین تا باندهای زیر میلی متری زیر 1 هرتز تجزیه و تحلیل کنند.

با استفاده از یک تحلیلگر طیف و یک کاوشگر میدان نزدیک نیز می توان “منابع تداخل” را پیدا کرد. در اینجا از روش «خاموش کردن آتش» به عنوان استعاره استفاده می کنیم. آزمایش میدان دور (تست استاندارد EMC) را می توان با “تشخیص آتش” مقایسه کرد. اگر یک نقطه فرکانس از مقدار حدی تجاوز کند، به عنوان “آتش سوزی پیدا شده” در نظر گرفته می شود. راه حل سنتی “آنالایزر طیف + تک پروب” معمولاً توسط مهندسان EMI برای تشخیص اینکه “شعله از کدام قسمت شاسی خارج می شود” استفاده می شود. پس از تشخیص شعله، روش عمومی سرکوب EMI استفاده از محافظ و فیلتر است. “شعله” در داخل محصول پوشانده شده است. Emscan به ما امکان می دهد منبع تداخل را شناسایی کنیم – “آتش”، اما همچنین “آتش” را نیز ببینیم، یعنی نحوه انتشار منبع تداخل.

به وضوح می توان مشاهده کرد که با استفاده از “اطلاعات کامل الکترومغناطیسی”، مکان یابی منابع تداخل الکترومغناطیسی بسیار راحت است، نه تنها می تواند مشکل تداخل الکترومغناطیسی باند باریک را حل کند، بلکه برای تداخل الکترومغناطیسی باند پهن نیز موثر است.

روش کلی به شرح زیر است:

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

(1) توزیع فضایی موج بنیادی را بررسی کنید و موقعیت فیزیکی با بیشترین دامنه را در نقشه توزیع فضایی موج بنیادی پیدا کنید. برای تداخل باند پهن، یک فرکانس در وسط تداخل باند پهن مشخص کنید (به عنوان مثال، تداخل باند پهن 60 مگاهرتز-80 مگاهرتز، می توانیم 70 مگاهرتز را مشخص کنیم)، توزیع فضایی نقطه فرکانس را بررسی کنید و مکان فیزیکی با بیشترین دامنه را پیدا کنید.

(2) مکان را مشخص کنید و به طیف نگاری مکان نگاه کنید. بررسی کنید که آیا دامنه هر نقطه هارمونیک در این موقعیت با طیف کل منطبق است یا خیر. اگر همپوشانی داشته باشند، به این معنی است که مکان تعیین شده قوی ترین مکانی است که این تداخل ها را ایجاد می کند. برای تداخل پهنای باند، بررسی کنید که آیا مکان حداکثر محل تداخل باند پهن است یا خیر.

(3) در بسیاری از موارد، همه هارمونیک ها در یک مکان تولید نمی شوند. گاهی اوقات هارمونیک‌ها و هارمونیک‌های فرد در مکان‌های مختلف تولید می‌شوند یا هر جزء هارمونیک ممکن است در مکان‌های متفاوتی تولید شود. در این حالت، می توانید با مشاهده توزیع فضایی نقاط فرکانسی مورد نظر خود، مکانی را با قوی ترین تابش پیدا کنید.

(4) انجام اقدامات در مکان هایی با قوی ترین تشعشعات بدون شک موثرترین راه حل برای مشکلات EMI/EMC است.

این نوع روش بررسی EMI که می تواند واقعاً “منبع” و مسیر انتشار را ردیابی کند به مهندسان اجازه می دهد تا مشکلات EMI را با کمترین هزینه و سریع ترین سرعت حذف کنند. در یک مورد اندازه‌گیری واقعی یک دستگاه ارتباطی، تداخل تشعشع شده از کابل خط تلفن تابش می‌شود. پس از استفاده از EMSCAN برای انجام ردیابی و اسکن فوق، در نهایت چند خازن فیلتر دیگر بر روی برد پردازنده نصب شد که مشکل EMI را که مهندس قادر به حل آن نبود حل کرد.

به سرعت محل خطای مدار را پیدا کنید

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

با افزایش پیچیدگی PCB، سختی و حجم کار اشکال زدایی نیز افزایش می یابد. با اسیلوسکوپ یا تحلیلگر منطقی، تنها یک یا تعداد محدودی از خطوط سیگنال را می توان به طور همزمان مشاهده کرد. با این حال، ممکن است هزاران خط سیگنال روی PCB وجود داشته باشد. مهندسان فقط با تجربه یا شانس می توانند مشکل را پیدا کنند. مشکل.

اگر «اطلاعات الکترومغناطیسی کامل» برد معمولی و برد معیوب را داشته باشیم، می‌توانیم داده‌های این دو را برای یافتن طیف فرکانس غیرعادی مقایسه کنیم و سپس از «فناوری مکان‌یابی منبع تداخل» برای پیدا کردن مکان آن استفاده کنیم. طیف فرکانس غیر طبیعی محل و علت خرابی را پیدا کنید.

شکل 5 طیف فرکانس برد معمولی و برد معیوب را نشان می دهد. از طریق مقایسه، به راحتی می توان دریافت که تداخل پهنای باند غیرعادی در برد معیوب وجود دارد.

سپس مکان تولید این “طیف فرکانس غیرعادی” را در نقشه توزیع فضایی برد معیوب، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، پیدا کنید. مشکل می تواند بسیار جدی باشد تشخیص به زودی انجام خواهد شد.

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

موارد کاربردی برای ارزیابی کیفیت طراحی PCB

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

(1) طراحی آبشاری معقول

به خصوص چیدمان صفحه زمین و صفحه قدرت و طراحی لایه ای که در آن خطوط سیگنال حساس و خطوط سیگنال که تشعشع زیادی تولید می کنند قرار دارند. همچنین تقسیم صفحه زمین و صفحه قدرت، و مسیریابی خطوط سیگنال در سراسر منطقه تقسیم شده وجود دارد.

(2) امپدانس خط سیگنال را تا حد امکان پیوسته نگه دارید

تا آنجا که ممکن است کمتر تا آنجا که ممکن است کمتر ردی از زاویه راست. و تا آنجا که ممکن است منطقه بازگشت جریان را کوچکتر می کند، می تواند هارمونیک کمتر و شدت تابش کمتری تولید کند.

(3) فیلتر قدرت خوب

نوع خازن فیلتر معقول، مقدار خازن، کمیت و موقعیت قرارگیری، و همچنین آرایش لایه ای منطقی سطح زمین و صفحه قدرت، می تواند تضمین کند که تداخل الکترومغناطیسی در کوچکترین منطقه ممکن کنترل می شود.

(4) سعی کنید از یکپارچگی صفحه زمین اطمینان حاصل کنید

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

تا آنجا که ممکن است کمتر منطقی از طریق فاصله ایمنی؛ چیدمان معقول دستگاه؛ معقول از طریق ترتیب برای اطمینان از یکپارچگی صفحه زمین تا بیشترین حد. برعکس، گذرگاه‌های متراکم و بیش از حد بزرگ از طریق فاصله ایمنی، یا چیدمان غیرمنطقی دستگاه، به طور جدی بر یکپارچگی صفحه زمین و صفحه قدرت تأثیر می‌گذارد و در نتیجه مقدار زیادی تداخل القایی، تشعشع حالت رایج ایجاد می‌کند و باعث می‌شود مدار بیشتر شود. حساس به تداخل خارجی

(5) سازشی بین یکپارچگی سیگنال و سازگاری الکترومغناطیسی پیدا کنید

با فرض اطمینان از عملکرد طبیعی تجهیزات، زمان لبه صعود و سقوط سیگنال را تا حد امکان افزایش دهید تا دامنه و تعداد هارمونیک های تشعشعات الکترومغناطیسی تولید شده توسط سیگنال کاهش یابد. به عنوان مثال، شما باید یک مقاومت میرایی مناسب، یک روش فیلتر مناسب و غیره را انتخاب کنید.

در گذشته، استفاده از اطلاعات میدان الکترومغناطیسی کامل تولید شده توسط PCB می تواند کیفیت طراحی PCB را به صورت علمی ارزیابی کند. با استفاده از اطلاعات کامل الکترومغناطیسی PCB می توان کیفیت طراحی PCB را از چهار جنبه زیر ارزیابی کرد: 1. تعداد نقاط فرکانس: تعداد هارمونیک ها. 2. تداخل گذرا: تداخل الکترومغناطیسی ناپایدار. 3. شدت تابش: میزان تداخل الکترومغناطیسی در هر نقطه فرکانس. 4. ناحیه توزیع: اندازه ناحیه توزیع تداخل الکترومغناطیسی در هر نقطه فرکانس روی PCB.

در مثال زیر، برد A بهبودی از برد B است. نمودارهای شماتیک دو تخته و چیدمان اجزای اصلی دقیقاً یکسان است. نتایج اسکن طیف/فضایی دو برد در شکل 7 نشان داده شده است:

از طیف نگار در شکل 7 می توان دریافت که کیفیت برد A به وضوح بهتر از برد B است، زیرا:

1. تعداد نقاط فرکانس تخته A به وضوح کمتر از تخته B است.

2. دامنه اکثر نقاط فرکانس تخته A کوچکتر از تخته B است.

3. تداخل گذرا (نقاط فرکانسی که مشخص نشده اند) برد A کمتر از برد B است.

نحوه به دست آوردن و اعمال اطلاعات الکترومغناطیسی PCB

از نمودار فضا می توان دریافت که کل ناحیه توزیع تداخل الکترومغناطیسی صفحه A بسیار کوچکتر از صفحه B است. بیایید نگاهی به توزیع تداخل الکترومغناطیسی در یک نقطه فرکانس خاص بیندازیم. با قضاوت از توزیع تداخل الکترومغناطیسی در نقطه فرکانس 462 مگاهرتز نشان داده شده در شکل 8، دامنه صفحه A کوچک و منطقه کوچک است. برد B دارای گستره وسیع و ناحیه توزیع وسیعی است.

خلاصه این مقاله

اطلاعات کامل الکترومغناطیسی PCB به ما این امکان را می دهد که درک بسیار شهودی از PCB کلی داشته باشیم، که نه تنها به مهندسان کمک می کند تا مشکلات EMI/EMC را حل کنند، بلکه به مهندسان کمک می کند تا PCB را اشکال زدایی کرده و به طور مداوم کیفیت طراحی PCB را بهبود بخشند. به طور مشابه، کاربردهای زیادی از EMSCAN وجود دارد، مانند کمک به مهندسان در حل مسائل حساسیت الکترومغناطیسی و غیره.