Alat tradisional untuk debugging PCB termasuk: osiloskop domain waktu, osiloskop TDR (time domain reflectometry), penganalisis logika, dan penganalisis spektrum domain frekuensi dan peralatan lainnya, tetapi metode ini tidak dapat memberikan refleksi dari informasi keseluruhan papan PCB. data. Papan PCB juga disebut papan sirkuit tercetak, papan sirkuit cetak, papan sirkuit cetak pendek, PCB (papan sirkuit cetak) atau PWB (papan kabel tercetak) untuk jangka pendek, menggunakan papan isolasi sebagai bahan dasar, dipotong menjadi ukuran tertentu, dan setidaknya terpasang Pola konduktif dengan lubang (seperti lubang komponen, lubang pengikat, lubang logam, dll.) digunakan untuk mengganti sasis komponen elektronik perangkat sebelumnya dan mewujudkan interkoneksi antar komponen elektronik. Karena papan ini dibuat menggunakan pencetakan elektronik, maka disebut papan sirkuit “tercetak”. Tidak akurat untuk menyebut “papan sirkuit tercetak” sebagai “sirkuit tercetak” karena tidak ada “komponen tercetak” tetapi hanya kabel pada papan sirkuit tercetak.

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Sistem pemindaian kompatibilitas elektromagnetik Emscan menggunakan teknologi antena array yang dipatenkan dan teknologi switching elektronik, yang dapat mengukur arus PCB dengan kecepatan tinggi. Kunci Emscan adalah penggunaan antena array yang dipatenkan untuk mengukur radiasi medan dekat dari PCB yang bekerja yang ditempatkan pada pemindai. Antena array ini terdiri dari 40 x 32 (1280) probe H-field kecil, yang tertanam di papan sirkuit 8-lapisan, dan lapisan pelindung ditambahkan ke papan sirkuit untuk menempatkan PCB yang diuji. Hasil pemindaian spektrum dapat memberi kita pemahaman kasar tentang spektrum yang dihasilkan oleh EUT: berapa banyak komponen frekuensi yang ada, dan perkiraan besarnya masing-masing komponen frekuensi.

Pemindaian pita penuh

Desain papan PCB didasarkan pada diagram skema sirkuit untuk mewujudkan fungsi yang dibutuhkan oleh perancang sirkuit. Desain papan sirkuit tercetak terutama mengacu pada desain tata letak, yang perlu mempertimbangkan berbagai faktor seperti tata letak sambungan eksternal, tata letak komponen elektronik internal yang dioptimalkan, tata letak sambungan logam dan lubang tembus yang dioptimalkan, perlindungan elektromagnetik, dan disipasi panas. Desain tata letak yang sangat baik dapat menghemat biaya produksi dan mencapai kinerja sirkuit yang baik dan kinerja pembuangan panas. Desain tata letak yang sederhana dapat diwujudkan dengan tangan, sedangkan desain tata letak yang kompleks perlu diwujudkan dengan bantuan desain berbantuan komputer.

Saat melakukan fungsi pemindaian spektrum/spasial, letakkan PCB yang berfungsi pada pemindai. PCB dibagi menjadi kisi-kisi 7.6mm × 7.6mm oleh kisi-kisi pemindai (setiap kisi berisi probe bidang-H), dan dijalankan Setelah memindai pita frekuensi penuh setiap probe (rentang frekuensi dapat dari 10kHz-3GHz) , Emscan akhirnya memberikan dua gambar, yaitu spektogram yang disintesis (Gambar 1) dan peta ruang yang disintesis (Gambar 2).

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Pemindaian spektrum/spasial memperoleh semua data spektrum dari setiap probe di seluruh area pemindaian. Setelah melakukan pemindaian spektrum/spasial, Anda bisa mendapatkan informasi radiasi elektromagnetik dari semua frekuensi di semua lokasi spasial. Anda dapat membayangkan data pemindaian spektrum/spasial pada Gambar 1 dan Gambar 2 sebagai sekumpulan data pemindaian spasial atau sekumpulan spektrum Scan data. kamu bisa:

1. Melihat peta distribusi spasial dari titik frekuensi yang ditentukan (satu atau lebih frekuensi) seperti melihat hasil pemindaian spasial, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

2. Lihat spektogram dari titik lokasi fisik tertentu (satu atau lebih grid) seperti melihat hasil scan spektrum.

Berbagai diagram distribusi spasial pada Gambar 3 adalah diagram perut spasial dari titik frekuensi yang dilihat melalui titik frekuensi yang ditentukan. Ini diperoleh dengan menentukan titik frekuensi dengan × di spektogram paling atas pada gambar. Anda dapat menentukan titik frekuensi untuk melihat distribusi spasial setiap titik frekuensi, atau Anda dapat menentukan beberapa titik frekuensi, misalnya, menentukan semua titik harmonik 83M untuk melihat spektogram total.

Dalam spektogram pada Gambar 4, bagian abu-abu adalah spektogram total, dan bagian biru adalah spektogram pada posisi yang ditentukan. Dengan menentukan lokasi fisik pada PCB dengan ×, membandingkan spektogram (biru) dan spektogram total (abu-abu) yang dihasilkan pada posisi itu, lokasi sumber interferensi ditemukan. Dapat dilihat dari Gambar 4 bahwa metode ini dapat dengan cepat menemukan lokasi sumber interferensi baik untuk interferensi broadband maupun interferensi narrowband.

Temukan sumber interferensi elektromagnetik dengan cepat

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Penganalisis spektrum adalah instrumen untuk mempelajari struktur spektrum sinyal listrik. Ini digunakan untuk mengukur distorsi sinyal, modulasi, kemurnian spektral, stabilitas frekuensi, dan distorsi intermodulasi. Ini dapat digunakan untuk mengukur sistem sirkuit tertentu seperti amplifier dan filter. Parameter adalah alat ukur elektronik serbaguna. Ini juga bisa disebut osiloskop domain frekuensi, osiloskop pelacakan, osiloskop analisis, penganalisis harmonik, penganalisis karakteristik frekuensi atau penganalisis Fourier. Penganalisis spektrum modern dapat menampilkan hasil analisis dengan cara analog atau digital, dan dapat menganalisis sinyal listrik di semua pita frekuensi radio dari frekuensi sangat rendah hingga pita gelombang sub-milimeter di bawah 1 Hz.

Menggunakan penganalisis spektrum dan probe medan dekat tunggal juga dapat menemukan “sumber interferensi”. Di sini kami menggunakan metode “memadamkan api” sebagai metafora. Uji medan jauh (uji standar EMC) dapat dibandingkan dengan “mendeteksi api”. Jika titik frekuensi melebihi nilai batas, itu dianggap sebagai “api telah ditemukan.” Solusi tradisional “penganalisis spektrum + probe tunggal” umumnya digunakan oleh para insinyur EMI untuk mendeteksi “dari bagian mana dari sasis api keluar”. Setelah nyala api terdeteksi, metode penekanan EMI umum adalah dengan menggunakan pelindung dan penyaringan. “Api” tertutup di dalam produk. Emscan memungkinkan kita untuk mendeteksi sumber gangguan-“api”, tetapi juga untuk melihat “api”, yaitu cara sumber gangguan menyebar.

Dapat dilihat dengan jelas bahwa menggunakan “informasi elektromagnetik lengkap”, sangat mudah untuk menemukan sumber interferensi elektromagnetik, tidak hanya dapat memecahkan masalah interferensi elektromagnetik pita sempit, tetapi juga efektif untuk interferensi elektromagnetik pita lebar.

Cara umumnya adalah sebagai berikut:

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

(1) Periksa distribusi spasial gelombang fundamental, dan temukan posisi fisik dengan amplitudo terbesar pada peta distribusi spasial gelombang fundamental. Untuk interferensi broadband, tentukan frekuensi di tengah interferensi broadband (misalnya, interferensi broadband 60MHz-80MHz, kita dapat menentukan 70MHz), periksa distribusi spasial titik frekuensi, dan temukan lokasi fisik dengan amplitudo terbesar.

(2) Tentukan lokasi dan lihat spektogram lokasi. Periksa apakah amplitudo setiap titik harmonik pada posisi ini bertepatan dengan spektogram total. Jika tumpang tindih, berarti lokasi yang ditunjuk adalah tempat terkuat yang menghasilkan gangguan tersebut. Untuk interferensi broadband, periksa apakah lokasi tersebut merupakan lokasi maksimum dari seluruh interferensi broadband.

(3) Dalam banyak kasus, tidak semua harmonik dibangkitkan di satu lokasi. Kadang-kadang harmonik genap dan harmonik ganjil dibangkitkan di lokasi yang berbeda, atau setiap komponen harmonik dapat dibangkitkan di lokasi yang berbeda. Dalam hal ini, Anda dapat menemukan lokasi dengan radiasi terkuat dengan melihat distribusi spasial dari titik frekuensi yang Anda pedulikan.

(4) Mengambil tindakan di tempat dengan radiasi terkuat tidak diragukan lagi merupakan solusi paling efektif untuk masalah EMI/EMC.

Metode investigasi EMI semacam ini yang benar-benar dapat melacak “sumber” dan jalur propagasi memungkinkan para insinyur untuk menghilangkan masalah EMI dengan biaya terendah dan kecepatan tercepat. Dalam kasus pengukuran aktual perangkat komunikasi, interferensi terpancar terpancar dari kabel saluran telepon. Setelah menggunakan EMSCAN untuk melakukan pelacakan dan pemindaian yang disebutkan di atas, beberapa kapasitor filter akhirnya dipasang pada papan prosesor, yang memecahkan masalah EMI yang tidak dapat diselesaikan oleh insinyur.

Temukan lokasi kesalahan sirkuit dengan cepat

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Dengan meningkatnya kompleksitas PCB, kesulitan dan beban kerja debugging juga meningkat. Dengan osiloskop atau penganalisis logika, hanya satu atau sejumlah garis sinyal yang dapat diamati pada saat yang bersamaan. Namun, mungkin ada ribuan garis sinyal pada PCB. Insinyur hanya dapat menemukan masalah dengan pengalaman atau keberuntungan. Masalah.

Jika kita memiliki “informasi elektromagnetik lengkap” dari papan normal dan papan yang rusak, kita dapat membandingkan data keduanya untuk menemukan spektrum frekuensi yang tidak normal, dan kemudian menggunakan “teknologi lokasi sumber gangguan” untuk mengetahui lokasi spektrum frekuensi yang tidak normal. Temukan lokasi dan penyebab kegagalan.

Gambar 5 menunjukkan spektrum frekuensi papan normal dan papan yang rusak. Melalui perbandingan, mudah untuk menemukan bahwa ada gangguan broadband yang tidak normal pada papan yang rusak.

Kemudian temukan lokasi di mana “spektrum frekuensi abnormal” ini dihasilkan pada peta distribusi spasial papan yang rusak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Dengan cara ini, lokasi gangguan terletak pada kisi (7.6mm × 7.6mm), dan masalahnya bisa sangat serius. Diagnosis akan segera ditegakkan.

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Kasus aplikasi untuk mengevaluasi kualitas desain PCB

PCB yang baik perlu dirancang dengan cermat oleh seorang insinyur. Isu-isu yang perlu dipertimbangkan antara lain:

(1) Desain cascading yang masuk akal

Terutama penataan ground plane dan power plane, serta desain lapisan dimana jalur sinyal sensitif dan jalur sinyal yang menghasilkan banyak radiasi berada. Ada juga pembagian bidang tanah dan bidang daya, dan perutean jalur sinyal melintasi area yang dibagi.

(2) Pertahankan impedansi saluran sinyal sekontinyu mungkin

Sesedikit mungkin vias; jejak sudut kanan sesedikit mungkin; dan area balik arus sekecil mungkin, dapat menghasilkan harmonik yang lebih sedikit dan intensitas radiasi yang lebih rendah.

(3) Filter daya yang bagus

Jenis kapasitor filter yang wajar, nilai kapasitansi, kuantitas, dan posisi penempatan, serta susunan bidang tanah dan bidang daya berlapis yang wajar, dapat memastikan bahwa interferensi elektromagnetik dikendalikan di area sekecil mungkin.

(4) Cobalah untuk memastikan integritas bidang tanah

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Sesedikit mungkin vias; wajar melalui jarak aman; tata letak perangkat yang wajar; wajar melalui pengaturan untuk memastikan integritas bidang tanah semaksimal mungkin. Sebaliknya, vias padat dan terlalu besar melalui jarak aman, atau tata letak perangkat yang tidak masuk akal, akan sangat mempengaruhi integritas bidang dasar dan bidang daya, menghasilkan sejumlah besar crosstalk induktif, radiasi mode umum, dan akan menyebabkan sirkuit. sensitif terhadap gangguan eksternal.

(5) Temukan kompromi antara integritas sinyal dan kompatibilitas elektromagnetik

Pada premis untuk memastikan fungsi normal peralatan, tingkatkan waktu tepi naik dan turun sinyal sebanyak mungkin untuk mengurangi amplitudo dan jumlah harmonik radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh sinyal. Misalnya, Anda perlu memilih resistor redaman yang sesuai, metode penyaringan yang sesuai, dan sebagainya.

Di masa lalu, penggunaan informasi medan elektromagnetik lengkap yang dihasilkan oleh PCB secara ilmiah dapat mengevaluasi kualitas desain PCB. Dengan menggunakan informasi elektromagnetik lengkap dari PCB, kualitas desain PCB dapat dievaluasi dari empat aspek berikut: 1. Jumlah titik frekuensi: jumlah harmonik. 2. Interferensi sementara: interferensi elektromagnetik yang tidak stabil. 3. Intensitas radiasi: besarnya interferensi elektromagnetik pada setiap titik frekuensi. 4. Area distribusi: ukuran area distribusi interferensi elektromagnetik pada setiap titik frekuensi pada PCB.

Pada contoh berikut, papan A merupakan perbaikan dari papan B. Diagram skema dua papan dan tata letak komponen utama persis sama. Hasil pemindaian spektrum/spasial kedua papan ditunjukkan pada Gambar 7:

Dari spektogram pada Gambar 7, terlihat bahwa kualitas papan A jelas lebih baik daripada papan B, karena:

1. Jumlah titik frekuensi papan A jelas lebih sedikit dari papan B;

2. Amplitudo sebagian besar titik frekuensi papan A lebih kecil dari pada papan B;

3. Interferensi transien (titik frekuensi yang tidak ditandai) pada papan A lebih kecil dari pada papan B.

Cara mendapatkan dan menerapkan informasi elektromagnetik PCB

Dapat dilihat dari diagram ruang bahwa luas area distribusi interferensi elektromagnetik total pelat A jauh lebih kecil daripada pelat B. Mari kita lihat distribusi interferensi elektromagnetik pada titik frekuensi tertentu. Dilihat dari distribusi interferensi elektromagnetik pada titik frekuensi 462MHz yang ditunjukkan pada Gambar 8, amplitudo pelat A kecil dan luasnya kecil. Papan B memiliki jangkauan yang luas dan area distribusi yang sangat luas.

Ringkasan artikel ini

Informasi elektromagnetik lengkap dari PCB memungkinkan kita untuk memiliki pemahaman yang sangat intuitif tentang keseluruhan PCB, yang tidak hanya membantu para insinyur memecahkan masalah EMI/EMC, tetapi juga membantu para insinyur men-debug PCB dan terus meningkatkan kualitas desain PCB. Demikian pula, ada banyak aplikasi EMSCAN, seperti membantu insinyur memecahkan masalah kerentanan elektromagnetik dan sebagainya.