Perinteiset työkalut virheenkorjaukseen PCB sisältävät: aikatason oskilloskoopin, TDR (time domain reflectometry) oskilloskoopin, logiikka-analysaattorin ja taajuusalueen spektrianalysaattorin ja muut laitteet, mutta nämä menetelmät eivät voi antaa heijastusta PCB-levyn yleisistä tiedoista. tiedot. PCB-levyä kutsutaan myös painetuksi piirilevyksi, painettuun piirilevyyn, painettuun piirilevyyn lyhyesti, PCB (painettu piirilevy) tai PWB (painettu piirilevy) lyhyiksi, käyttäen eristelevyä perusmateriaalina, leikattu tiettyyn kokoon ja ainakin kiinnitetty Reiällinen johtava kuvio (kuten komponenttireiät, kiinnitysreiät, metalloidut reiät jne.) käytetään korvaamaan edellisen laitteen elektroniikkakomponenttien runko ja toteuttamaan elektronisten komponenttien välinen yhteys. Koska tämä levy on valmistettu elektronisella tulostuksella, sitä kutsutaan “painetuksi” piirilevyksi. Ei ole tarkkaa kutsua “painettua piirilevyä” “painetuksi piiriksi”, koska painetussa piirilevyssä ei ole “painettuja komponentteja”, vaan vain johdotus.

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Emscanin sähkömagneettisen yhteensopivuuden skannausjärjestelmä käyttää patentoitua ryhmäantennitekniikkaa ja elektronista kytkentätekniikkaa, joka pystyy mittaamaan piirilevyn virran suurella nopeudella. Emscanin avain on patentoidun ryhmäantennin käyttö skanneriin sijoitetun toimivan piirilevyn lähikenttäsäteilyn mittaamiseen. Tämä antenniryhmä koostuu 40 x 32 (1280) pienestä H-kentän anturista, jotka on upotettu 8-kerroksiseen piirilevyyn, ja piirilevyyn on lisätty suojakerros PCB:n testaamiseksi. Spektriskannauksen tulokset voivat antaa meille karkean käsityksen EUT:n tuottamasta spektristä: kuinka monta taajuuskomponenttia on, ja kunkin taajuuskomponentin likimääräisen suuruuden.

Täysikaistainen skannaus

Piirilevyn suunnittelu perustuu piirikaavioon piirisuunnittelijan vaatimien toimintojen toteuttamiseksi. Painetun piirilevyn suunnittelussa viitataan pääasiassa layout-suunnitteluun, jossa on otettava huomioon erilaisia ​​tekijöitä, kuten ulkoisten liitäntöjen sijoittelu, sisäisten elektronisten komponenttien optimoitu sijoittelu, metalliliitäntöjen ja läpimenevien reikien optimoitu asettelu, sähkömagneettinen suojaus ja lämmön hajoaminen. Erinomainen asettelu voi säästää tuotantokustannuksia ja saavuttaa hyvän piirin suorituskyvyn ja lämmönpoiston. Yksinkertainen taittosuunnittelu voidaan toteuttaa käsin, kun taas monimutkainen taittosuunnittelu on toteutettava tietokoneavusteisen suunnittelun avulla.

Kun suoritat spektri-/tilaskannaustoimintoa, aseta toimiva piirilevy skanneriin. Piirilevy on jaettu 7.6 mm × 7.6 mm:n ruudukoiksi skannerin ruudukolla (jokainen ruudukko sisältää H-kentän anturin) ja suorittaa jokaisen anturin koko taajuuskaistan skannauksen jälkeen (taajuusalue voi olla 10 kHz – 3 GHz) , Emscan antaa lopulta kaksi kuvaa, nimittäin syntetisoidun spektrogrammin (kuva 1) ja syntetisoidun avaruuskartan (kuva 2).

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Spektri/spatiaalinen skannaus hankkii jokaisen anturin spektritiedot koko skannausalueelta. Spektri-/spatiaaliskannauksen suorittamisen jälkeen voit saada sähkömagneettisen säteilyn tiedot kaikista taajuuksista kaikissa spatiaalisissa paikoissa. Voit kuvitella spektrin/spatiaalisen pyyhkäisyn datan kuvassa 1 ja kuvassa 2 spatiaalisen pyyhkäisyn datana tai joukkona spektri Skannaa tiedot. sinä pystyt:

1. Tarkastele määritetyn taajuuspisteen (yhden tai useamman taajuuden) spatiaalista jakauman karttaa samalla tavalla kuin katsoisit spatiaalisen skannauksen tulosta kuvan 3 mukaisesti.

2. Tarkastele määritetyn fyysisen sijaintipisteen spektrogrammia (yksi tai useampi ruudukko) aivan kuten tarkastelet spektrin skannaustulosta.

Kuvan 3 erilaiset spatiaaliset jakautumiskaaviot ovat taajuuspisteiden spatiaalisia vatsakaavioita tarkasteltuna määrättyjen taajuuspisteiden kautta. Se saadaan määrittämällä taajuuspiste kuvan ylimmässä spektrogrammissa ×:llä. Voit määrittää taajuuspisteen tarkastellaksesi kunkin taajuuspisteen tilajakaumaa, tai voit määrittää useita taajuuspisteitä, esimerkiksi määrittää kaikki 83M:n harmoniset pisteet nähdäksesi kokonaisspektrogrammin.

Kuvan 4 spektrogrammissa harmaa osa on kokonaisspektrogrammi ja sininen osa on spektrogrammi määritetyssä kohdassa. Määrittämällä fyysinen sijainti PCB:llä x:llä, vertaamalla spektrogrammia (sininen) ja koko spektrogrammia (harmaa), joka on luotu kyseisessä paikassa, häiriölähteen sijainti löydetään. Kuvasta 4 voidaan nähdä, että tällä menetelmällä voidaan nopeasti löytää häiriölähteen sijainti sekä laajakaistahäiriöille että kapeakaistaisille häiriöille.

Paikanna nopeasti sähkömagneettisen häiriön lähde

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Spektrianalysaattori on väline sähköisten signaalien spektrirakenteen tutkimiseen. Sitä käytetään signaalin vääristymän, modulaation, spektrin puhtauden, taajuuden stabiilisuuden ja keskinäismodulaatiosäröjen mittaamiseen. Sitä voidaan käyttää tiettyjen piirijärjestelmien, kuten vahvistimien ja suodattimien, mittaamiseen. Parameter on monikäyttöinen elektroninen mittauslaite. Sitä voidaan kutsua myös taajuusalueen oskilloskooppiksi, seurantaoskilloskoopiksi, analyysioskilloskoopiksi, harmoniseksi analysaattoriksi, taajuusominaisuusanalysaattoriksi tai Fourier-analysaattoriksi. Nykyaikaiset spektrianalysaattorit voivat näyttää analyysituloksia analogisilla tai digitaalisilla tavoilla ja analysoida sähköisiä signaaleja kaikilla radiotaajuuskaistoilla erittäin matalista taajuuksista alle 1 Hz:n aaltoalueisiin.

Spektrianalysaattorin ja yhden lähikentän anturin avulla voidaan myös paikantaa “häiriölähteet”. Tässä käytämme metaforana “palon sammutusmenetelmää”. Kaukokenttätestiä (EMC-standarditesti) voidaan verrata “palon havaitsemiseen”. Jos taajuuspiste ylittää raja-arvon, katsotaan, että tulipalo on havaittu. Perinteistä “spektrianalysaattori + yksi anturi” -ratkaisua käyttävät EMI-insinöörit yleensä havaitsemaan “mistä rungon osasta liekki tulee ulos”. Kun liekki on havaittu, yleinen EMI-sammutusmenetelmä on käyttää suojausta ja suodatusta. “Liekki” on peitetty tuotteen sisällä. Emscanin avulla voimme havaita häiriölähteen lähteen – “tuli”, mutta myös nähdä “tulipalon”, eli tavan, jolla häiriölähde leviää.

Voidaan selvästi nähdä, että käyttämällä “täydellistä sähkömagneettista tietoa” on erittäin kätevää paikantaa sähkömagneettisten häiriöiden lähteitä, ei vain voi ratkaista kapeakaistaisten sähkömagneettisten häiriöiden ongelmaa, vaan se on myös tehokas laajakaistaisten sähkömagneettisten häiriöiden suhteen.

Yleinen menetelmä on seuraava:

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

(1) Tarkista perusaallon tilajakauma ja löydä fyysinen sijainti, jolla on suurin amplitudi perusaallon tilajakaumakartalta. Laajakaistahäiriöille määritä taajuus laajakaistahäiriöiden keskellä (esim. 60MHz-80MHz laajakaistahäiriö, voimme määrittää 70MHz), tarkista taajuuspisteen tilajakauma ja etsi fyysinen sijainti suurimmalla amplitudilla.

(2) Määritä sijainti ja katso paikan spektrogrammia. Tarkista, onko kunkin harmonisen pisteen amplitudi tässä kohdassa sama kuin kokonaisspektrogrammi. Jos ne menevät päällekkäin, se tarkoittaa, että määritetty paikka on vahvin paikka, joka tuottaa näitä häiriöitä. Jos kyseessä on laajakaistahäiriö, tarkista, onko sijainti koko laajakaistahäiriön maksimipaikka.

(3) Monissa tapauksissa kaikkia harmonisia ei synny yhdessä paikassa. Joskus jopa yliaaltoja ja parittomia harmonisia syntyy eri paikoissa tai jokainen harmoninen komponentti voi syntyä eri paikoissa. Tässä tapauksessa voit löytää voimakkaimman säteilyn paikan tarkastelemalla sinulle tärkeiden taajuuspisteiden aluejakaumaa.

(4) Toimenpiteet voimakkaimman säteilyn paikoissa on epäilemättä tehokkain ratkaisu EMI/EMC-ongelmiin.

Tällainen EMI-tutkimusmenetelmä, joka voi todella jäljittää “lähteen” ja etenemispolun, mahdollistaa insinöörien eliminoimisen EMI-ongelmat alhaisin kustannuksin ja nopeimmalla nopeudella. Viestintälaitteen varsinaisessa mittaustapauksessa puhelinlinjan kaapelista säteili säteilevää häiriötä. EMSCANin käytön jälkeen suoritinkortille asennettiin lopulta vielä muutama suodatinkondensaattori, mikä ratkaisi EMI-ongelman, jota insinööri ei pystynyt ratkaisemaan.

Paikanna nopeasti piirin vian sijainti

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

PCB:n monimutkaisuuden lisääntyessä myös virheenkorjauksen vaikeus ja työmäärä kasvavat. Oskilloskoopilla tai logiikka-analysaattorilla voidaan havaita vain yksi tai rajoitettu määrä signaalilinjoja samanaikaisesti. Piirilevyllä voi kuitenkin olla tuhansia signaalilinjoja. Insinöörit voivat löytää ongelman vain kokemuksen tai onnen perusteella. Ongelma.

Jos meillä on “täydelliset sähkömagneettiset tiedot” normaalista levystä ja viallisesta levystä, voimme vertailla näiden kahden tietoja löytääksemme epänormaalin taajuusspektrin ja käyttää sitten “häiriölähteen paikannustekniikkaa” selvittääksemme laitteen sijainnin. epänormaali taajuusspektri. Etsi vian sijainti ja syy.

Kuvassa 5 näkyy normaalin kortin ja viallisen kortin taajuusspektri. Vertailun avulla on helppo havaita, että viallisessa kortissa on epänormaali laajakaistahäiriö.

Etsi sitten paikka, jossa tämä “epänormaali taajuusspektri” syntyy viallisen levyn tilajakaumakartalta, kuten kuvassa 6. Tällä tavalla vian sijainti sijaitsee ruudukossa (7.6 mm × 7.6 mm) ja ongelma voi olla erittäin vakava. Diagnoosi tehdään pian.

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Sovellustapaukset piirilevyjen suunnittelun laadun arvioimiseen

Hyvä piirilevy on suunniteltava huolellisesti insinöörin toimesta. Pohdittavia asioita ovat mm.

(1) Kohtuullinen peräkkäinen suunnittelu

Erityisesti maatason ja tehotason järjestely sekä sen kerroksen suunnittelu, jossa herkät signaalilinjat ja paljon säteilyä tuottavat signaalilinjat sijaitsevat. Myös maatason ja tehotason jako sekä signaalilinjojen reititys jaetun alueen poikki.

(2) Pidä signaalilinjan impedanssi mahdollisimman jatkuvana

Mahdollisimman vähän kauttakulkua; mahdollisimman vähän suorakulmaisia ​​jälkiä; ja mahdollisimman pieni virran paluualue, se voi tuottaa vähemmän harmonisia ja pienempi säteilyintensiteetti.

(3) Hyvä tehosuodatin

Kohtuullinen suodatinkondensaattorityyppi, kapasitanssiarvo, määrä ja sijoituspaikka sekä kohtuullinen maatason ja tehotason kerrosjärjestely voivat varmistaa, että sähkömagneettisia häiriöitä hallitaan mahdollisimman pienellä alueella.

(4) Yritä varmistaa maatason eheys

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Mahdollisimman vähän kauttakulkua; kohtuullinen turvavälin kautta; järkevä laiteasettelu; kohtuullisen järjestelyn avulla varmistamaan maatason eheys mahdollisimman suuressa määrin. Päinvastoin, tiheät läpiviennit ja liian suuret turvavälit tai kohtuuton laiteasettelu vaikuttavat vakavasti maatason ja tehotason eheyteen, mikä johtaa suureen määrään induktiivista ylikuulumista, yhteismuotoista säteilyä ja aiheuttaa piirin. herkkä ulkoisille häiriöille.

(5) Etsi kompromissi signaalin eheyden ja sähkömagneettisen yhteensopivuuden välillä

Laitteen normaalin toiminnan varmistamisen edellytyksenä on, että signaalin nousevan ja laskevan reunan aikaa lisätään mahdollisimman paljon signaalin tuottaman sähkömagneettisen säteilyn amplitudin ja harmonisten harmonisten lukumäärän pienentämiseksi. Esimerkiksi sinun on valittava sopiva vaimennusvastus, sopiva suodatusmenetelmä ja niin edelleen.

Aiemmin PCB:n tuottaman täydellisen sähkömagneettisen kentän tiedon käyttö voi tieteellisesti arvioida piirilevyn suunnittelun laatua. Piirilevyn täydellistä sähkömagneettista tietoa käyttämällä piirilevyn suunnittelun laatua voidaan arvioida seuraavista neljästä näkökulmasta: 1. Taajuuspisteiden lukumäärä: harmonisten yliaaltojen määrä. 2. Ohimenevät häiriöt: epävakaat sähkömagneettiset häiriöt. 3. Säteilyn intensiteetti: sähkömagneettisten häiriöiden suuruus kussakin taajuuspisteessä. 4. Jakelualue: sähkömagneettisten häiriöiden jakautumisalueen koko PCB:n jokaisessa taajuuspisteessä.

Seuraavassa esimerkissä A-levy on B-levyn parannus. Kahden levyn kaaviot ja pääkomponenttien asettelu ovat täsmälleen samat. Kahden levyn spektri/spatiaaliskannauksen tulokset on esitetty kuvassa 7:

Kuvan 7 spektrogrammista voidaan nähdä, että A-levyn laatu on selvästi parempi kuin B-levyn, koska:

1. A-levyn taajuuspisteiden lukumäärä on selvästi pienempi kuin B-levyn;

2. A-levyn useimpien taajuuspisteiden amplitudi on pienempi kuin B-levyn;

3. A-kortin transienttihäiriö (merkitsemättömät taajuuspisteet) on pienempi kuin B-kortin.

PCB-sähkömagneettisen tiedon hankkiminen ja soveltaminen

Avaruuskaaviosta voidaan nähdä, että A-levyn sähkömagneettisten häiriöiden kokonaisjakauma-ala on paljon pienempi kuin B-levyn. Katsotaanpa sähkömagneettisten häiriöiden jakautumista tietyssä taajuuspisteessä. Kuvassa 462 esitetyn 8 MHz:n taajuuspisteen sähkömagneettisen häiriöjakauman perusteella A-levyn amplitudi on pieni ja pinta-ala pieni. B-levyllä on laaja valikoima ja erityisen laaja jakelualue.

Tämän artikkelin yhteenveto

PCB:n täydelliset sähkömagneettiset tiedot antavat meille erittäin intuitiivisen käsityksen koko piirilevystä, mikä ei ainoastaan ​​auta insinöörejä ratkaisemaan EMI/EMC-ongelmia, vaan myös auttaa insinöörejä korjaamaan piirilevyn virheitä ja parantamaan jatkuvasti piirilevyn suunnittelun laatua. Samoin EMSCANilla on monia sovelluksia, kuten insinöörien auttaminen ratkaisemaan sähkömagneettista herkkyyttä ja niin edelleen.