Les outils traditionnels de débogage PCB comprennent : un oscilloscope dans le domaine temporel, un oscilloscope TDR (réflectométrie dans le domaine temporel), un analyseur logique et un analyseur de spectre dans le domaine fréquentiel et d’autres équipements, mais ces méthodes ne peuvent pas refléter les informations globales de la carte PCB. Les données. La carte de circuit imprimé est également appelée carte de circuit imprimé, carte de circuit imprimé, carte de circuit imprimé en abrégé, carte de circuit imprimé (carte de circuit imprimé) ou PWB (carte de circuit imprimé) en abrégé, utilisant une carte isolante comme matériau de base, coupée en une certaine taille, et au moins attaché Un motif conducteur avec des trous (tels que des trous de composants, des trous de fixation, des trous métallisés, etc.) est utilisé pour remplacer le châssis des composants électroniques du dispositif précédent et réaliser l’interconnexion entre les composants électroniques. Parce que cette carte est fabriquée à l’aide d’une impression électronique, elle est appelée carte de circuit imprimé « imprimé ». Il n’est pas exact d’appeler “carte de circuit imprimé” comme “circuit imprimé” car il n’y a pas de “composants imprimés” mais uniquement du câblage sur la carte de circuit imprimé.

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Le système de balayage de compatibilité électromagnétique Emscan utilise une technologie d’antenne réseau brevetée et une technologie de commutation électronique, qui peuvent mesurer le courant du PCB à grande vitesse. La clé d’Emscan est l’utilisation d’une antenne réseau brevetée pour mesurer le rayonnement en champ proche du PCB de travail placé sur le scanner. Ce réseau d’antennes se compose de 40 x 32 (1280) petites sondes de champ H, qui sont intégrées dans une carte de circuit imprimé à 8 couches, et une couche protectrice est ajoutée à la carte de circuit imprimé pour placer le circuit imprimé sous test. Les résultats du balayage du spectre peuvent nous donner une compréhension approximative du spectre généré par l’EST : combien il y a de composantes de fréquence et l’amplitude approximative de chaque composante de fréquence.

Balayage complet de la bande

La conception de la carte PCB est basée sur le schéma de principe du circuit pour réaliser les fonctions requises par le concepteur de circuit. La conception de la carte de circuit imprimé fait principalement référence à la conception de la disposition, qui doit prendre en compte divers facteurs tels que la disposition des connexions externes, la disposition optimisée des composants électroniques internes, la disposition optimisée des connexions métalliques et des trous traversants, la protection électromagnétique et dissipation de la chaleur. Une excellente conception de la disposition peut réduire les coûts de production et obtenir de bonnes performances de circuit et de dissipation thermique. La conception de mise en page simple peut être réalisée à la main, tandis que la conception de mise en page complexe doit être réalisée à l’aide de la conception assistée par ordinateur.

Lors de l’exécution de la fonction de balayage spectral/spatial, placez le PCB fonctionnel sur le scanner. Le PCB est divisé en grilles de 7.6 mm × 7.6 mm par la grille du scanner (chaque grille contient une sonde de champ H) et s’exécute après avoir scanné toute la bande de fréquences de chaque sonde (la plage de fréquences peut aller de 10 kHz à 3 GHz) , Emscan donne finalement deux images, à savoir le spectrogramme synthétisé (Figure 1) et la carte spatiale synthétisée (Figure 2).

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Le balayage spectral/spatial obtient toutes les données spectrales de chaque sonde dans toute la zone de balayage. Après avoir effectué une analyse spectrale/spatiale, vous pouvez obtenir les informations sur le rayonnement électromagnétique de toutes les fréquences à tous les emplacements spatiaux. Vous pouvez imaginer les données d’analyse spectrale/spatiale de la figure 1 et de la figure 2 sous la forme d’un ensemble de données d’analyse spatiale ou d’un ensemble de données d’analyse spectrale. vous pouvez:

1. Affichez la carte de distribution spatiale du point de fréquence spécifié (une ou plusieurs fréquences) tout comme l’affichage du résultat du balayage spatial, comme le montre la figure 3.

2. Affichez le spectrogramme du point d’emplacement physique spécifié (une ou plusieurs grilles) de la même manière que l’affichage du résultat de l’analyse spectrale.

Les divers diagrammes de distribution spatiale de la figure 3 sont les diagrammes spatiaux de l’abdomen des points de fréquence visualisés à travers des points de fréquence désignés. Elle est obtenue en spécifiant le point de fréquence avec × dans le spectrogramme le plus haut de la figure. Vous pouvez spécifier un point de fréquence pour afficher la distribution spatiale de chaque point de fréquence, ou vous pouvez spécifier plusieurs points de fréquence, par exemple, spécifier tous les points harmoniques de 83M pour afficher le spectrogramme total.

Dans le spectrogramme de la figure 4, la partie grise est le spectrogramme total et la partie bleue est le spectrogramme à la position spécifiée. En spécifiant l’emplacement physique sur le PCB avec ×, en comparant le spectrogramme (bleu) et le spectrogramme total (gris) généré à cette position, l’emplacement de la source d’interférence est trouvé. On peut voir sur la figure 4 que cette méthode permet de trouver rapidement l’emplacement de la source d’interférence à la fois pour les interférences à large bande et les interférences à bande étroite.

Localisez rapidement la source des interférences électromagnétiques

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Un analyseur de spectre est un instrument permettant d’étudier la structure spectrale des signaux électriques. Il est utilisé pour mesurer la distorsion du signal, la modulation, la pureté spectrale, la stabilité de fréquence et la distorsion d’intermodulation. Il peut être utilisé pour mesurer certains systèmes de circuits tels que les amplificateurs et les filtres. Le paramètre est un instrument de mesure électronique polyvalent. Il peut également être appelé oscilloscope dans le domaine fréquentiel, oscilloscope de poursuite, oscilloscope d’analyse, analyseur d’harmoniques, analyseur de caractéristiques de fréquence ou analyseur de Fourier. Les analyseurs de spectre modernes peuvent afficher les résultats d’analyse de manière analogique ou numérique et peuvent analyser les signaux électriques dans toutes les bandes de fréquences radio, des très basses fréquences aux bandes d’ondes submillimétriques inférieures à 1 Hz.

L’utilisation d’un analyseur de spectre et d’une seule sonde de champ proche permet également de localiser des « sources d’interférences ». Ici, nous utilisons la méthode de « l’extinction du feu » comme métaphore. Le test en champ lointain (test standard EMC) peut être comparé à la « détection d’incendie ». Si un point de fréquence dépasse la valeur limite, il est considéré comme « un incendie a été constaté ». La solution traditionnelle « analyseur de spectre + sonde unique » est généralement utilisée par les ingénieurs EMI pour détecter « de quelle partie du châssis sort la flamme ». Une fois la flamme détectée, la méthode générale de suppression des interférences électromagnétiques consiste à utiliser un blindage et un filtrage. La « flamme » est couverte à l’intérieur du produit. Emscan nous permet de détecter la source de la source d’interférence – « feu », mais aussi de voir le « feu », c’est-à-dire la façon dont la source d’interférence se propage.

On peut clairement voir qu’en utilisant des «informations électromagnétiques complètes», il est très pratique de localiser les sources d’interférences électromagnétiques, non seulement peut résoudre le problème des interférences électromagnétiques à bande étroite, mais également efficace pour les interférences électromagnétiques à large bande.

La méthode générale est la suivante :

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

(1) Vérifiez la distribution spatiale de l’onde fondamentale et trouvez la position physique avec la plus grande amplitude sur la carte de distribution spatiale de l’onde fondamentale. Pour les interférences large bande, spécifiez une fréquence au milieu de l’interférence large bande (par exemple, une interférence large bande 60MHz-80MHz, nous pouvons spécifier 70MHz), vérifiez la distribution spatiale du point de fréquence et trouvez l’emplacement physique avec la plus grande amplitude.

(2) Spécifiez l’emplacement et regardez le spectrogramme de l’emplacement. Vérifiez si l’amplitude de chaque point harmonique à cette position coïncide avec le spectrogramme total. S’ils se chevauchent, cela signifie que l’emplacement désigné est l’endroit le plus fort qui produit ces interférences. Pour les interférences à large bande, vérifiez si l’emplacement est l’emplacement maximal de l’ensemble des interférences à large bande.

(3) Dans de nombreux cas, tous les harmoniques ne sont pas générés au même endroit. Parfois, des harmoniques paires et impaires sont générées à des emplacements différents, ou chaque composante harmonique peut être générée à des emplacements différents. Dans ce cas, vous pouvez trouver l’emplacement avec le rayonnement le plus fort en regardant la distribution spatiale des points de fréquence qui vous intéressent.

(4) Prendre des mesures dans les endroits les plus rayonnants est sans aucun doute la solution la plus efficace aux problèmes EMI/EMC.

Ce type de méthode d’investigation EMI qui peut véritablement retracer la « source » et le chemin de propagation permet aux ingénieurs d’éliminer les problèmes EMI au coût le plus bas et à la vitesse la plus rapide. Dans un cas de mesure réel d’un appareil de communication, les interférences rayonnées rayonnaient à partir du câble de la ligne téléphonique. Après avoir utilisé EMSCAN pour effectuer le suivi et le balayage mentionnés ci-dessus, quelques condensateurs de filtrage supplémentaires ont finalement été installés sur la carte processeur, ce qui a résolu le problème EMI que l’ingénieur n’a pas pu résoudre.

Localisez rapidement l’emplacement du défaut du circuit

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Avec l’augmentation de la complexité des PCB, la difficulté et la charge de travail du débogage augmentent également. Avec un oscilloscope ou un analyseur logique, une seule ou un nombre limité de lignes de signal peuvent être observées en même temps. Cependant, il peut y avoir des milliers de lignes de signaux sur le PCB. Les ingénieurs ne peuvent trouver le problème que par expérience ou par chance. Le problème.

Si nous avons les “informations électromagnétiques complètes” de la carte normale et de la carte défectueuse, nous pouvons comparer les données des deux pour trouver le spectre de fréquences anormal, puis utiliser la “technologie de localisation de la source d’interférence” pour trouver l’emplacement du spectre de fréquence anormal. Trouvez l’emplacement et la cause de la panne.

La figure 5 montre le spectre de fréquence de la carte normale et de la carte défectueuse. Par comparaison, il est facile de trouver qu’il y a une interférence large bande anormale sur la carte défectueuse.

Trouvez ensuite l’emplacement où ce «spectre de fréquence anormal» est généré sur la carte de distribution spatiale de la carte défectueuse, comme le montre la figure 6. De cette façon, l’emplacement du défaut est situé sur une grille (7.6 mm × 7.6 mm), et le problème peut être très grave. Le diagnostic sera fait prochainement.

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Cas d’application pour évaluer la qualité de conception de PCB

Un bon PCB doit être soigneusement conçu par un ingénieur. Les questions qui doivent être prises en compte comprennent :

(1) Conception en cascade raisonnable

En particulier la disposition du plan de masse et du plan d’alimentation, et la conception de la couche où se trouvent les lignes de signaux sensibles et les lignes de signaux qui génèrent beaucoup de rayonnement. Il y a aussi la division du plan de masse et du plan d’alimentation, et le routage des lignes de signaux à travers la zone divisée.

(2) Gardez l’impédance de la ligne de signal aussi continue que possible

Le moins de vias possible ; le moins possible de traces à angle droit ; et une zone de retour de courant aussi petite que possible, elle peut produire moins d’harmoniques et une intensité de rayonnement plus faible.

(3) bon filtre de puissance

Un type de condensateur de filtrage, une valeur de capacité, une quantité et une position de placement raisonnables, ainsi qu’une disposition en couches raisonnable du plan de masse et du plan d’alimentation, peuvent garantir que les interférences électromagnétiques sont contrôlées dans la plus petite zone possible.

(4) Essayez d’assurer l’intégrité du plan de masse

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

Le moins de vias possible ; raisonnable via un espacement de sécurité ; disposition raisonnable de l’appareil ; raisonnable via un arrangement pour assurer au maximum l’intégrité du plan de masse. Au contraire, des vias denses et un espacement de sécurité trop important, ou une disposition déraisonnable du dispositif, affecteront sérieusement l’intégrité du plan de masse et du plan d’alimentation, entraînant une grande quantité de diaphonie inductive, un rayonnement de mode commun, et provoqueront le circuit. sensible aux interférences externes.

(5) Trouver un compromis entre l’intégrité du signal et la compatibilité électromagnétique

Dans le but d’assurer le fonctionnement normal de l’équipement, augmenter autant que possible le temps de front montant et descendant du signal pour réduire l’amplitude et le nombre d’harmoniques du rayonnement électromagnétique généré par le signal. Par exemple, vous devez sélectionner une résistance d’amortissement appropriée, une méthode de filtrage appropriée, etc.

Dans le passé, l’utilisation de l’ensemble des informations de champ électromagnétique générées par le PCB permet d’évaluer scientifiquement la qualité de la conception du PCB. En utilisant les informations électromagnétiques complètes du PCB, la qualité de conception du PCB peut être évaluée à partir des quatre aspects suivants : 1. Le nombre de points de fréquence : le nombre d’harmoniques. 2. Interférences transitoires : interférences électromagnétiques instables. 3. Intensité du rayonnement : l’amplitude des interférences électromagnétiques à chaque point de fréquence. 4. Zone de distribution : la taille de la zone de distribution des interférences électromagnétiques à chaque point de fréquence sur le PCB.

Dans l’exemple suivant, la carte A est une amélioration de la carte B. Les schémas des deux cartes et la disposition des principaux composants sont exactement les mêmes. Les résultats du balayage spectral/spatial des deux cartes sont illustrés à la figure 7 :

D’après le spectrogramme de la figure 7, on peut voir que la qualité de la carte A est évidemment meilleure que celle de la carte B, car :

1. Le nombre de points de fréquence de la carte A est évidemment inférieur à celui de la carte B ;

2. L’amplitude de la plupart des points de fréquence de la carte A est inférieure à celle de la carte B ;

3. L’interférence transitoire (points de fréquence non marqués) de la carte A est inférieure à celle de la carte B.

Comment obtenir et appliquer des informations électromagnétiques sur les PCB

On peut voir sur le diagramme spatial que la zone de distribution totale des interférences électromagnétiques de la plaque A est beaucoup plus petite que celle de la plaque B. Jetons un coup d’œil à la distribution des interférences électromagnétiques à un certain point de fréquence. À en juger par la distribution des interférences électromagnétiques au point de fréquence de 462 MHz illustré sur la figure 8, l’amplitude de la plaque A est petite et la zone est petite. La carte B a une large gamme et une zone de distribution particulièrement large.

Résumé de cet article

Les informations électromagnétiques complètes du PCB nous permettent d’avoir une compréhension très intuitive de l’ensemble du PCB, ce qui aide non seulement les ingénieurs à résoudre les problèmes EMI/EMC, mais aide également les ingénieurs à déboguer le PCB et à améliorer continuellement la qualité de conception du PCB. De même, il existe de nombreuses applications d’EMSCAN, telles que l’aide aux ingénieurs pour résoudre les problèmes de susceptibilité électromagnétique, etc.