As ferramentas tradicionais para depuração PCB incluem: osciloscópio de domínio de tempo, osciloscópio TDR (refletometria de domínio de tempo), analisador lógico e analisador de espectro de domínio de frequência e outros equipamentos, mas esses métodos não podem fornecer um reflexo das informações gerais da placa PCB. dados. A placa PCB também é chamada de placa de circuito impresso, placa de circuito impresso, placa de circuito impresso para breve, PCB (placa de circuito impresso) ou PWB (placa de circuito impresso) para breve, usando placa isolante como o material de base, cortado em um determinado tamanho e pelo menos anexado Um padrão condutor com orifícios (como orifícios de componentes, orifícios de fixação, orifícios metalizados, etc.) é usado para substituir o chassi dos componentes eletrônicos do dispositivo anterior e realizar a interconexão entre os componentes eletrônicos. Como essa placa é feita com impressão eletrônica, ela é chamada de placa de circuito “impresso”. Não é preciso chamar “placa de circuito impresso” de “circuito impresso” porque não há “componentes impressos”, mas apenas fiação na placa de circuito impresso.

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

O sistema de varredura de compatibilidade eletromagnética Emscan usa uma tecnologia de antena de matriz patenteada e tecnologia de comutação eletrônica, que pode medir a corrente do PCB em alta velocidade. A chave do Emscan é o uso de uma antena patenteada para medir a radiação de campo próximo do PCB em funcionamento colocado no scanner. Este conjunto de antenas consiste em 40 x 32 (1280) pequenas sondas de campo H, que são incorporadas em uma placa de circuito de 8 camadas e uma camada protetora é adicionada à placa de circuito para colocar o PCB em teste. Os resultados da varredura de espectro podem nos dar uma compreensão aproximada do espectro gerado pelo ESE: quantos componentes de frequência existem e a magnitude aproximada de cada componente de frequência.

Varredura de banda completa

O projeto da placa PCB é baseado no diagrama esquemático do circuito para realizar as funções exigidas pelo projetista do circuito. O design da placa de circuito impresso refere-se principalmente ao design do layout, que precisa considerar vários fatores, como o layout das conexões externas, o layout otimizado dos componentes eletrônicos internos, o layout otimizado das conexões metálicas e orifícios passantes, a proteção eletromagnética e dissipação de calor. Excelente design de layout pode economizar custos de produção e alcançar bom desempenho de circuito e desempenho de dissipação de calor. O design de layout simples pode ser realizado à mão, enquanto o design de layout complexo precisa ser realizado com o auxílio de design auxiliado por computador.

Ao executar a função de varredura de espectro / espacial, coloque o PCB de trabalho no scanner. O PCB é dividido em grades de 7.6 mm × 7.6 mm pela grade do scanner (cada grade contém uma sonda de campo H) e executa após a varredura de toda a banda de frequência de cada sonda (a faixa de frequência pode ser de 10kHz-3GHz) , Emscan finalmente fornece duas imagens, a saber, o espectrograma sintetizado (Figura 1) e o mapa espacial sintetizado (Figura 2).

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

A varredura de espectro / espacial obtém todos os dados do espectro de cada sonda em toda a área de varredura. Depois de realizar uma varredura de espectro / espacial, você pode obter as informações de radiação eletromagnética de todas as frequências em todas as localizações espaciais. Você pode imaginar os dados de varredura de espectro / espacial na Figura 1 e Figura 2 como um monte de dados de varredura espacial ou um monte de dados de varredura de espectro. você pode:

1. Visualize o mapa de distribuição espacial do ponto de frequência especificado (uma ou mais frequências) da mesma forma que visualiza o resultado da varredura espacial, conforme mostrado na Figura 3.

2. Visualize o espectrograma do ponto de localização física especificado (uma ou mais grades) da mesma forma que visualiza o resultado da varredura do espectro.

Os vários diagramas de distribuição espacial na Fig. 3 são os diagramas de abdômen espacial dos pontos de frequência vistos através de pontos de frequência designados. É obtido especificando o ponto de frequência com × no espectrograma mais alto da figura. Você pode especificar um ponto de frequência para visualizar a distribuição espacial de cada ponto de frequência ou pode especificar vários pontos de frequência, por exemplo, especificar todos os pontos harmônicos de 83M para visualizar o espectrograma total.

No espectrograma da Figura 4, a parte cinza é o espectrograma total e a parte azul é o espectrograma na posição especificada. Ao especificar a localização física no PCB com ×, comparando o espectrograma (azul) e o espectrograma total (cinza) gerado naquela posição, a localização da fonte de interferência é encontrada. Pode ser visto na Figura 4 que este método pode encontrar rapidamente a localização da fonte de interferência para interferência de banda larga e interferência de banda estreita.

Localize rapidamente a fonte de interferência eletromagnética

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

Um analisador de espectro é um instrumento para estudar a estrutura do espectro de sinais elétricos. É usado para medir a distorção de sinal, modulação, pureza espectral, estabilidade de frequência e distorção de intermodulação. Ele pode ser usado para medir certos sistemas de circuito, como amplificadores e filtros. Parameter é um instrumento de medição eletrônico multiuso. Também pode ser chamado de osciloscópio de domínio de frequência, osciloscópio de rastreamento, osciloscópio de análise, analisador de harmônicas, analisador de característica de frequência ou analisador de Fourier. Analisadores de espectro modernos podem exibir resultados de análise de maneiras analógicas ou digitais e podem analisar sinais elétricos em todas as bandas de radiofrequência, desde bandas de frequência muito baixa até bandas de ondas submilimétricas abaixo de 1 Hz.

Usar um analisador de espectro e uma única sonda de campo próximo também pode localizar “fontes de interferência”. Aqui usamos o método de “extinção de incêndio” como metáfora. O teste de campo distante (teste padrão EMC) pode ser comparado à “detecção de incêndio”. Se um ponto de frequência exceder o valor limite, é considerado como “um incêndio foi encontrado”. A solução tradicional “analisador de espectro + sonda única” é geralmente usada por engenheiros da EMI para detectar “de qual parte do chassi a chama está saindo”. Depois que a chama é detectada, o método geral de supressão de EMI é usar proteção e filtragem. “Chama” é coberta dentro do produto. O Emscan nos permite detectar a fonte da fonte de interferência – “fogo”, mas também ver o “fogo”, ou seja, a forma como a fonte de interferência se espalha.

Pode ser visto claramente que usando “informações eletromagnéticas completas”, é muito conveniente localizar fontes de interferência eletromagnética, não só pode resolver o problema de interferência eletromagnética de banda estreita, mas também eficaz para interferência eletromagnética de banda larga.

O método geral é o seguinte:

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

(1) Verifique a distribuição espacial da onda fundamental e encontre a posição física com a maior amplitude no mapa de distribuição espacial da onda fundamental. Para interferência de banda larga, especifique uma frequência no meio da interferência de banda larga (por exemplo, uma interferência de banda larga 60 MHz-80 MHz, podemos especificar 70 MHz), verifique a distribuição espacial do ponto de frequência e encontre o local físico com a maior amplitude.

(2) Especifique a localização e observe o espectrograma da localização. Verifique se a amplitude de cada ponto harmônico nesta posição coincide com o espectrograma total. Se eles se sobrepõem, significa que o local designado é o local mais forte que produz essas interferências. Para interferência de banda larga, verifique se o local é o local máximo de toda a interferência de banda larga.

(3) Em muitos casos, nem todos os harmônicos são gerados em um local. Às vezes, harmônicos pares e ímpares são gerados em locais diferentes, ou cada componente harmônico pode ser gerado em locais diferentes. Nesse caso, você pode encontrar o local com a radiação mais forte observando a distribuição espacial dos pontos de frequência de seu interesse.

(4) Tomar medidas nos locais com a radiação mais forte é, sem dúvida, a solução mais eficaz para os problemas de EMI / EMC.

Esse tipo de método de investigação de EMI, que pode realmente rastrear a “origem” e o caminho de propagação, permite que os engenheiros eliminem problemas de EMI com o menor custo e velocidade mais rápida. Em um caso real de medição de um dispositivo de comunicação, a interferência irradiada do cabo da linha telefônica. Depois de usar o EMSCAN para realizar o rastreamento e varredura mencionados acima, mais alguns capacitores de filtro foram finalmente instalados na placa do processador, o que resolveu o problema de EMI que o engenheiro não conseguiu resolver.

Localize rapidamente o local da falha do circuito

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

Com o aumento da complexidade do PCB, a dificuldade e a carga de trabalho da depuração também estão aumentando. Com um osciloscópio ou analisador lógico, apenas uma ou um número limitado de linhas de sinal podem ser observadas ao mesmo tempo. No entanto, pode haver milhares de linhas de sinal no PCB. Os engenheiros só podem encontrar o problema por experiência ou sorte. O problema.

Se tivermos as “informações eletromagnéticas completas” da placa normal e da placa com defeito, podemos comparar os dados das duas para encontrar o espectro de frequência anormal e, em seguida, usar a “tecnologia de localização da fonte de interferência” para descobrir a localização do espectro de frequência anormal. Encontre o local e a causa da falha.

A Figura 5 mostra o espectro de freqüência da placa normal e da placa com defeito. Por comparação, é fácil descobrir que há uma interferência de banda larga anormal na placa com defeito.

Em seguida, encontre o local onde este “espectro de frequência anormal” é gerado no mapa de distribuição espacial da placa defeituosa, conforme mostrado na Figura 6. Desta forma, a localização da falha está localizada em uma grade (7.6 mm × 7.6 mm), e o problema pode ser muito sério. O diagnóstico será feito em breve.

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

Casos de aplicação para avaliar a qualidade do design de PCB

Um bom PCB precisa ser cuidadosamente projetado por um engenheiro. As questões que precisam ser consideradas incluem:

(1) Design em cascata razoável

Especialmente o arranjo do plano de aterramento e do plano de potência, e o projeto da camada onde as linhas de sinal sensíveis e as linhas de sinal que geram muita radiação estão localizadas. Há também a divisão do plano de solo e do plano de potência, e o roteamento das linhas de sinal pela área dividida.

(2) Mantenha a impedância da linha de sinal o mais contínua possível

O mínimo de vias possível; o mínimo possível de traços de ângulo reto; e a menor área de retorno de corrente possível, pode produzir menos harmônicos e menor intensidade de radiação.

(3) Bom filtro de energia

Tipo de capacitor de filtro razoável, valor de capacitância, quantidade e posição de colocação, bem como um arranjo em camadas razoável de plano de aterramento e plano de potência, podem garantir que a interferência eletromagnética seja controlada na menor área possível.

(4) Tente garantir a integridade do plano de terra

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

O mínimo de vias possível; razoável via espaçamento de segurança; layout de dispositivo razoável; razoável via arranjo para garantir a integridade do plano de terra ao máximo. Pelo contrário, vias densas e muito grandes via espaçamento de segurança ou layout de dispositivo irracional afetarão seriamente a integridade do plano de aterramento e do plano de energia, resultando em uma grande quantidade de diafonia indutiva, radiação de modo comum e fará com que o circuito Mais sensível a interferências externas.

(5) Encontre um meio-termo entre a integridade do sinal e a compatibilidade eletromagnética

Com a premissa de garantir o funcionamento normal do equipamento, aumente o tempo das bordas de subida e descida do sinal o máximo possível para reduzir a amplitude e o número de harmônicos da radiação eletromagnética gerados pelo sinal. Por exemplo, você precisa selecionar um resistor de amortecimento adequado, um método de filtragem adequado e assim por diante.

No passado, o uso das informações completas do campo eletromagnético geradas pelo PCB pode avaliar cientificamente a qualidade do projeto do PCB. Usando as informações eletromagnéticas completas do PCB, a qualidade do projeto do PCB pode ser avaliada a partir dos seguintes quatro aspectos: 1. O número de pontos de frequência: o número de harmônicos. 2. Interferência transitória: interferência eletromagnética instável. 3. Intensidade de radiação: a magnitude da interferência eletromagnética em cada ponto de frequência. 4. Área de distribuição: o tamanho da área de distribuição da interferência eletromagnética em cada ponto de frequência no PCB.

No exemplo a seguir, o cartão A é uma melhoria do cartão B. Os diagramas esquemáticos das duas placas e o layout dos componentes principais são exatamente os mesmos. Os resultados da varredura de espectro / espacial das duas placas são mostrados na Figura 7:

A partir do espectrograma da Figura 7, pode-se ver que a qualidade da placa A é obviamente melhor do que a da placa B, porque:

1. O número de pontos de frequência da placa A é obviamente menor que o da placa B;

2. A amplitude da maioria dos pontos de frequência da placa A é menor do que a da placa B;

3. A interferência transitória (pontos de frequência não marcados) da placa A é menor do que a da placa B.

Como obter e aplicar informações eletromagnéticas de PCB

Pode-se ver no diagrama de espaço que a área total de distribuição de interferência eletromagnética da placa A é muito menor do que a da placa B. Vamos dar uma olhada na distribuição de interferência eletromagnética em um determinado ponto de frequência. A julgar pela distribuição de interferência eletromagnética no ponto de frequência de 462 MHz mostrado na Figura 8, a amplitude da placa A é pequena e a área é pequena. A placa B tem um amplo alcance e uma área de distribuição particularmente ampla.

Resumo deste artigo

As informações eletromagnéticas completas do PCB nos permitem ter uma compreensão muito intuitiva do PCB geral, o que não apenas ajuda os engenheiros a resolver problemas EMI / EMC, mas também ajuda os engenheiros a depurar o PCB e melhorar continuamente a qualidade do projeto do PCB. Da mesma forma, existem muitas aplicações do EMSCAN, como ajudar engenheiros a resolver problemas de suscetibilidade eletromagnética e assim por diante.