Gli strumenti tradizionali per il debug PCB includono: oscilloscopio nel dominio del tempo, oscilloscopio TDR (riflettometria nel dominio del tempo), analizzatore logico e analizzatore di spettro nel dominio della frequenza e altre apparecchiature, ma questi metodi non possono fornire un riflesso delle informazioni complessive della scheda PCB. dati. La scheda PCB è anche chiamata circuito stampato, circuito stampato, circuito stampato in breve, PCB (circuito stampato) o PWB (scheda a circuito stampato) in breve, utilizzando un pannello isolante come materiale di base, tagliato in una certa dimensione e almeno attaccato Uno schema conduttivo con fori (come fori per componenti, fori di fissaggio, fori metallizzati, ecc.) viene utilizzato per sostituire lo chassis dei componenti elettronici del dispositivo precedente e realizzare l’interconnessione tra i componenti elettronici. Poiché questa scheda è realizzata utilizzando la stampa elettronica, è chiamata circuito “stampato”. Non è esatto chiamare “circuito stampato” come “circuito stampato” perché non ci sono “componenti stampati” ma solo cablaggio sul circuito stampato.

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Il sistema di scansione della compatibilità elettromagnetica Emscan utilizza una tecnologia brevettata di antenne ad array e una tecnologia di commutazione elettronica, in grado di misurare la corrente del PCB ad alta velocità. La chiave di Emscan è l’uso di un’antenna a schiera brevettata per misurare la radiazione in campo vicino del PCB funzionante posizionato sullo scanner. Questo array di antenne è composto da 40 x 32 (1280) piccole sonde di campo H, che sono incorporate in una scheda a circuiti a 8 strati, e uno strato protettivo viene aggiunto alla scheda a circuiti per mettere il PCB in prova. I risultati della scansione dello spettro possono darci una comprensione approssimativa dello spettro generato dall’EUT: quante componenti di frequenza ci sono e l’ampiezza approssimativa di ciascuna componente di frequenza.

Scansione completa della banda

Il design della scheda PCB si basa sul diagramma schematico del circuito per realizzare le funzioni richieste dal progettista del circuito. Il design del circuito stampato si riferisce principalmente al design del layout, che deve considerare vari fattori come il layout delle connessioni esterne, il layout ottimizzato dei componenti elettronici interni, il layout ottimizzato delle connessioni metalliche e dei fori passanti, la protezione elettromagnetica e dissipazione di calore. Un eccellente design del layout può far risparmiare sui costi di produzione e ottenere buone prestazioni del circuito e prestazioni di dissipazione del calore. Il design del layout semplice può essere realizzato a mano, mentre il design del layout complesso deve essere realizzato con l’aiuto della progettazione assistita da computer.

Quando si esegue la funzione di scansione spaziale/spettrale, posizionare il PCB funzionante sullo scanner. Il PCB è diviso in griglie da 7.6 mm × 7.6 mm dalla griglia dello scanner (ogni griglia contiene una sonda di campo H) ed esegue Dopo aver scansionato l’intera banda di frequenza di ciascuna sonda (la gamma di frequenza può essere compresa tra 10 kHz e 3 GHz) , Emscan fornisce infine due immagini, vale a dire lo spettrogramma sintetizzato (Figura 1) e la mappa spaziale sintetizzata (Figura 2).

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

La scansione spettrale/spaziale ottiene tutti i dati dello spettro di ciascuna sonda nell’intera area di scansione. Dopo aver eseguito una scansione spettrale/spaziale, è possibile ottenere le informazioni sulla radiazione elettromagnetica di tutte le frequenze in tutte le posizioni spaziali. Puoi immaginare i dati di scansione spaziale/spettrale nella Figura 1 e nella Figura 2 come un insieme di dati di scansione spaziale o un insieme di dati di scansione dello spettro. Puoi:

1. Visualizzare la mappa di distribuzione spaziale del punto di frequenza specificato (una o più frequenze) proprio come visualizzare il risultato della scansione spaziale, come mostrato nella Figura 3.

2. Visualizzare lo spettrogramma del punto di posizione fisica specificato (una o più griglie) proprio come visualizzare il risultato della scansione dello spettro.

I vari diagrammi di distribuzione spaziale in Fig. 3 sono i diagrammi spaziali dell’addome dei punti di frequenza visti attraverso i punti di frequenza designati. Si ottiene specificando il punto di frequenza con × nello spettrogramma più in alto in figura. È possibile specificare un punto di frequenza per visualizzare la distribuzione spaziale di ciascun punto di frequenza oppure è possibile specificare più punti di frequenza, ad esempio, specificare tutti i punti armonici di 83M per visualizzare lo spettrogramma totale.

Nello spettrogramma in Figura 4, la parte grigia è lo spettrogramma totale e la parte blu è lo spettrogramma nella posizione specificata. Specificando la posizione fisica sul PCB con ×, confrontando lo spettrogramma (blu) e lo spettrogramma totale (grigio) generato in quella posizione, viene trovata la posizione della sorgente di interferenza. Si può vedere dalla Figura 4 che questo metodo può trovare rapidamente la posizione della fonte di interferenza sia per l’interferenza a banda larga che per l’interferenza a banda stretta.

Individua rapidamente la fonte di interferenza elettromagnetica

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Un analizzatore di spettro è uno strumento per studiare la struttura dello spettro dei segnali elettrici. Viene utilizzato per misurare la distorsione del segnale, la modulazione, la purezza spettrale, la stabilità della frequenza e la distorsione di intermodulazione. Può essere utilizzato per misurare determinati sistemi di circuiti come amplificatori e filtri. Il parametro è uno strumento di misura elettronico multiuso. Può anche essere chiamato oscilloscopio nel dominio della frequenza, oscilloscopio di tracciamento, oscilloscopio di analisi, analizzatore di armoniche, analizzatore di caratteristiche di frequenza o analizzatore di Fourier. I moderni analizzatori di spettro possono visualizzare i risultati dell’analisi in modo analogico o digitale e possono analizzare i segnali elettrici in tutte le bande di radiofrequenza da frequenze molto basse a bande di onde submillimetriche inferiori a 1 Hz.

L’utilizzo di un analizzatore di spettro e di una singola sonda di campo vicino può anche individuare “sorgenti di interferenza”. Qui usiamo come metafora il metodo di “estinzione del fuoco”. Il test in campo lontano (test standard EMC) può essere paragonato al “rilevamento del fuoco”. Se un punto di frequenza supera il valore limite, viene considerato come “rilevato incendio”. La tradizionale soluzione “analizzatore di spettro + sonda singola” è generalmente utilizzata dagli ingegneri EMI per rilevare “da quale parte del telaio esce la fiamma”. Dopo che la fiamma è stata rilevata, il metodo generale di soppressione EMI consiste nell’utilizzare schermatura e filtraggio. “Fiamma” è coperto all’interno del prodotto. Emscan ci consente di rilevare la fonte della fonte di interferenza, il “fuoco”, ma anche di vedere il “fuoco”, cioè il modo in cui la fonte di interferenza si diffonde.

Si può chiaramente vedere che utilizzando “informazioni elettromagnetiche complete”, è molto conveniente individuare le fonti di interferenza elettromagnetica, non solo può risolvere il problema dell’interferenza elettromagnetica a banda stretta, ma è anche efficace per l’interferenza elettromagnetica a banda larga.

Il metodo generale è il seguente:

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

(1) Controllare la distribuzione spaziale dell’onda fondamentale e trovare la posizione fisica con l’ampiezza maggiore sulla mappa di distribuzione spaziale dell’onda fondamentale. Per l’interferenza a banda larga, specificare una frequenza nel mezzo dell’interferenza a banda larga (ad esempio, un’interferenza a banda larga 60 MHz-80 MHz, possiamo specificare 70 MHz), controllare la distribuzione spaziale del punto di frequenza e trovare la posizione fisica con l’ampiezza maggiore.

(2) Specificare la posizione e guardare lo spettrogramma della posizione. Controllare se l’ampiezza di ogni punto armonico in questa posizione coincide con lo spettrogramma totale. Se si sovrappongono, significa che la posizione designata è il luogo più forte che produce queste interferenze. Per l’interferenza a banda larga, controllare se la posizione è la posizione massima dell’intera interferenza a banda larga.

(3) In molti casi, non tutte le armoniche vengono generate in un’unica posizione. A volte anche le armoniche e le armoniche dispari vengono generate in posizioni diverse, oppure ogni componente armonica può essere generata in posizioni diverse. In questo caso, puoi trovare la posizione con la radiazione più forte osservando la distribuzione spaziale dei punti di frequenza che ti interessano.

(4) L’adozione di misure nei luoghi con la radiazione più forte è senza dubbio la soluzione più efficace ai problemi EMI/EMC.

Questo tipo di metodo di indagine EMI in grado di tracciare veramente la “sorgente” e il percorso di propagazione consente agli ingegneri di eliminare i problemi EMI al minor costo e alla massima velocità. In un caso di misurazione reale di un dispositivo di comunicazione, interferenza irradiata irradiata dal cavo della linea telefonica. Dopo aver utilizzato EMSCAN per eseguire il suddetto tracciamento e scansione, sulla scheda del processore sono stati finalmente installati alcuni condensatori di filtro in più, che hanno risolto il problema EMI che l’ingegnere non poteva risolvere.

Individua rapidamente la posizione del guasto del circuito

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Con l’aumento della complessità del PCB, aumentano anche la difficoltà e il carico di lavoro del debug. Con un oscilloscopio o un analizzatore logico è possibile osservare contemporaneamente solo una o un numero limitato di linee di segnale. Tuttavia, potrebbero esserci migliaia di linee di segnale sul PCB. Gli ingegneri possono trovare il problema solo per esperienza o fortuna. Il problema.

Se disponiamo delle “informazioni elettromagnetiche complete” della scheda normale e della scheda difettosa, possiamo confrontare i dati dei due per trovare lo spettro di frequenza anormale e quindi utilizzare la “tecnologia di localizzazione della sorgente di interferenza” per scoprire la posizione del spettro di frequenza anormale. Trova la posizione e la causa dell’errore.

La Figura 5 mostra lo spettro di frequenza della scheda normale e della scheda guasta. Attraverso il confronto, è facile scoprire che c’è un’interferenza anomala a banda larga sulla scheda difettosa.

Quindi trovare la posizione in cui viene generato questo “spettro di frequenza anormale” sulla mappa di distribuzione spaziale della scheda difettosa, come mostrato nella Figura 6. In questo modo, la posizione del guasto si trova su una griglia (7.6 mm × 7.6 mm) e il problema può essere molto serio. La diagnosi sarà fatta presto.

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Casi applicativi per la valutazione della qualità della progettazione PCB

Un buon PCB deve essere accuratamente progettato da un ingegnere. Le questioni che devono essere considerate includono:

(1) Design a cascata ragionevole

Soprattutto la disposizione del piano di massa e del piano di potenza e il design dello strato in cui si trovano le linee di segnale sensibili e le linee di segnale che generano molta radiazione. Ci sono anche la divisione del piano di terra e il piano di potenza e l’instradamento delle linee di segnale attraverso l’area divisa.

(2) Mantenere l’impedenza della linea di segnale il più continua possibile

Il minor numero di vie possibile; il minor numero possibile di tracce ad angolo retto; e la più piccola possibile area di ritorno della corrente, può produrre meno armoniche e una minore intensità di radiazione.

(3) Buon filtro di potenza

Il tipo ragionevole di condensatore di filtro, il valore di capacità, la quantità e la posizione di posizionamento, nonché una ragionevole disposizione a strati del piano di massa e del piano di alimentazione, possono garantire che l’interferenza elettromagnetica sia controllata nella più piccola area possibile.

(4) Cerca di garantire l’integrità del piano terra

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Il minor numero di vie possibile; ragionevole tramite il distanziamento di sicurezza; disposizione del dispositivo ragionevole; ragionevole tramite un accordo per garantire nella massima misura l’integrità del piano di terra. Al contrario, i via densi e troppo grandi tramite la spaziatura di sicurezza, o la disposizione irragionevole del dispositivo, influenzeranno seriamente l’integrità del piano di massa e del piano di potenza, causando una grande quantità di diafonia induttiva, radiazioni di modo comune e causeranno il circuito Più sensibile alle interferenze esterne.

(5) Trovare un compromesso tra integrità del segnale e compatibilità elettromagnetica

Sulla premessa di garantire il normale funzionamento dell’apparecchiatura, aumentare il più possibile il tempo di salita e discesa del segnale per ridurre l’ampiezza e il numero di armoniche della radiazione elettromagnetica generata dal segnale. Ad esempio, è necessario selezionare un resistore di smorzamento adatto, un metodo di filtraggio adatto e così via.

In passato, l’uso delle informazioni complete sul campo elettromagnetico generate dal PCB può valutare scientificamente la qualità della progettazione del PCB. Utilizzando le informazioni elettromagnetiche complete del PCB, la qualità di progettazione del PCB può essere valutata dai seguenti quattro aspetti: 1. Il numero di punti di frequenza: il numero di armoniche. 2. Interferenza transitoria: interferenza elettromagnetica instabile. 3. Intensità di radiazione: l’entità dell’interferenza elettromagnetica in ciascun punto di frequenza. 4. Area di distribuzione: la dimensione dell’area di distribuzione dell’interferenza elettromagnetica in ciascun punto di frequenza sul PCB.

Nell’esempio seguente, la scheda A è un miglioramento della scheda B. I diagrammi schematici delle due schede e il layout dei componenti principali sono esattamente gli stessi. I risultati della scansione spettrale/spaziale delle due schede sono mostrati in Figura 7:

Dallo spettrogramma di Figura 7 si vede che la qualità della scheda A è ovviamente migliore di quella della scheda B, perché:

1. Il numero di punti frequenza della scheda A è ovviamente inferiore a quello della scheda B;

2. L’ampiezza della maggior parte dei punti di frequenza della scheda A è inferiore a quella della scheda B;

3. L’interferenza transitoria (punti di frequenza non contrassegnati) della scheda A è inferiore a quella della scheda B.

Come ottenere e applicare informazioni elettromagnetiche PCB

Dal diagramma spaziale si può vedere che l’area di distribuzione dell’interferenza elettromagnetica totale della piastra A è molto più piccola di quella della piastra B. Diamo un’occhiata alla distribuzione dell’interferenza elettromagnetica in un determinato punto di frequenza. A giudicare dalla distribuzione dell’interferenza elettromagnetica al punto di frequenza 462 MHz mostrato nella Figura 8, l’ampiezza della piastra A è piccola e l’area è piccola. La scheda B ha una vasta gamma e un’area di distribuzione particolarmente ampia.

Riepilogo di questo articolo

Le informazioni elettromagnetiche complete del PCB ci consentono di avere una comprensione molto intuitiva dell’intero PCB, che non solo aiuta gli ingegneri a risolvere i problemi EMI/EMC, ma aiuta anche gli ingegneri a eseguire il debug del PCB e a migliorare continuamente la qualità di progettazione del PCB. Allo stesso modo, ci sono molte applicazioni di EMSCAN, come aiutare gli ingegneri a risolvere problemi di suscettibilità elettromagnetica e così via.