Традиционные инструменты для отладки печатная плата включают: осциллограф во временной области, осциллограф TDR (рефлектометрия во временной области), логический анализатор, анализатор спектра в частотной области и другое оборудование, но эти методы не могут дать отражения всей информации о печатной плате. данные. Печатная плата также называется печатной платой, печатной платой, печатной платой для краткости, PCB (печатная плата) или PWB (печатная монтажная плата) для краткости, с использованием изоляционной платы в качестве основного материала, нарезанной на определенный размер и по крайней мере, прикреплен. Проводящий рисунок с отверстиями (такими как отверстия для компонентов, крепежные отверстия, металлизированные отверстия и т. д.) используется для замены шасси электронных компонентов предыдущего устройства и реализации взаимосвязи между электронными компонентами. Поскольку эта плата изготовлена ​​с использованием электронной печати, она называется «печатной платой». Неверно называть «печатную плату» «печатной схемой», потому что на печатной плате нет «печатных компонентов», а есть только проводка.

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Система сканирования электромагнитной совместимости Emscan использует запатентованную технологию антенной решетки и технологию электронного переключения, которые могут измерять ток печатной платы с высокой скоростью. Ключом к Emscan является использование запатентованной антенной решетки для измерения излучения ближнего поля рабочей печатной платы, размещенной на сканере. Эта антенная решетка состоит из 40 x 32 (1280) небольших пробников H-поля, которые встроены в 8-слойную печатную плату, а на печатную плату добавлен защитный слой для размещения проверяемой печатной платы. Результаты сканирования спектра могут дать нам приблизительное представление о спектре, генерируемом EUT: сколько частотных составляющих имеется, и приблизительную величину каждой частотной составляющей.

Полное сканирование диапазона

Конструкция печатной платы основана на принципиальной принципиальной схеме для реализации функций, требуемых разработчиком схем. Конструкция печатной платы в основном связана с компоновкой, которая должна учитывать различные факторы, такие как компоновка внешних соединений, оптимизированная компоновка внутренних электронных компонентов, оптимизированная компоновка металлических соединений и сквозных отверстий, электромагнитная защита и рассеивание тепла. Превосходный дизайн компоновки может снизить производственные затраты и обеспечить хорошие характеристики схемы и теплоотдачу. Простое проектирование компоновки может быть реализовано вручную, в то время как сложное проектирование компоновки необходимо реализовать с помощью автоматизированного проектирования.

При выполнении функции сканирования спектра / пространственного сканирования поместите рабочую плату на сканер. Печатная плата разделена на сетки 7.6 мм × 7.6 мм сеткой сканера (каждая сетка содержит датчик H-поля) и выполняется после сканирования всего диапазона частот каждого датчика (диапазон частот может быть от 10 кГц до 3 ГГц). , Emscan наконец дает два изображения, а именно синтезированную спектрограмму (Рисунок 1) и синтезированную космическую карту (Рисунок 2).

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Спектральное / пространственное сканирование позволяет получить все спектральные данные каждого зонда во всей области сканирования. После выполнения спектрального / пространственного сканирования вы можете получить информацию об электромагнитном излучении всех частот во всех пространственных точках. Вы можете представить данные спектра / пространственного сканирования на рисунках 1 и 2 как набор данных пространственного сканирования или набор данных сканирования спектра. вы можете:

1. Просмотрите карту пространственного распределения указанной частотной точки (одной или нескольких частот) так же, как при просмотре результата пространственного сканирования, как показано на рисунке 3.

2. Просмотрите спектрограмму указанной физической точки местоположения (одну или несколько сеток) так же, как при просмотре результата сканирования спектра.

Различные диаграммы пространственного распределения на рис. 3 представляют собой пространственные диаграммы брюшной полости частотных точек, просматриваемых через назначенные частотные точки. Он получается путем указания частотной точки с помощью × на самой верхней спектрограмме на рисунке. Вы можете указать частотную точку, чтобы просмотреть пространственное распределение каждой частотной точки, или вы можете указать несколько частотных точек, например, указать все гармонические точки 83M, чтобы просмотреть полную спектрограмму.

На спектрограмме на рисунке 4 серая часть – это полная спектрограмма, а синяя часть – это спектрограмма в указанной позиции. Указав физическое местоположение на печатной плате с помощью ×, сравнив спектрограмму (синий цвет) и полную спектрограмму (серый цвет), сгенерированную в этом месте, можно найти источник помех. Из рисунка 4 видно, что этот метод позволяет быстро найти источник помех как для широкополосных, так и для узкополосных помех.

Быстро найти источник электромагнитных помех

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Анализатор спектра – это инструмент для изучения структуры спектра электрических сигналов. Он используется для измерения искажения сигнала, модуляции, спектральной чистоты, стабильности частоты и интермодуляционных искажений. Его можно использовать для измерения определенных схемных систем, таких как усилители и фильтры. Параметр – это универсальный электронный измерительный прибор. Его также можно назвать осциллографом в частотной области, отслеживающим осциллографом, аналитическим осциллографом, анализатором гармоник, анализатором частотных характеристик или анализатором Фурье. Современные анализаторы спектра могут отображать результаты анализа в аналоговом или цифровом виде и могут анализировать электрические сигналы во всех радиочастотных диапазонах от очень низких частот до субмиллиметровых диапазонов волн ниже 1 Гц.

Использование анализатора спектра и одного зонда ближнего поля также позволяет обнаружить «источники помех». Здесь мы используем метод «тушения огня» как метафору. Тест в дальней зоне (стандартный тест на ЭМС) можно сравнить с «обнаружением пожара». Если точка частоты превышает предельное значение, это считается «обнаружен пожар». Традиционное решение «анализатор спектра + одиночный зонд» обычно используется инженерами EMI для определения, «из какой части шасси выходит пламя». После обнаружения пламени общий метод подавления электромагнитных помех заключается в использовании экранирования и фильтрации. «Пламя» скрыто внутри продукта. Emscan позволяет нам обнаружить источник источника помех – «пожар», а также увидеть «пожар», то есть путь распространения источника помех.

Хорошо видно, что с помощью «полной электромагнитной информации» очень удобно определять местонахождение источников электромагнитных помех, не только может решить проблему узкополосных электромагнитных помех, но также эффективно для широкополосных электромагнитных помех.

Общий метод следующий:

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

(1) Проверьте пространственное распределение основной волны и найдите физическое положение с наибольшей амплитудой на карте пространственного распределения основной волны. Для широкополосных помех укажите частоту посередине широкополосных помех (например, широкополосные помехи 60–80 МГц, мы можем указать 70 МГц), проверьте пространственное распределение частотной точки и найдите физическое местоположение с наибольшей амплитудой.

(2) Укажите местоположение и посмотрите на спектрограмму местоположения. Проверьте, совпадает ли амплитуда каждой точки гармоники в этой позиции с полной спектрограммой. Если они перекрываются, это означает, что указанное место является самым сильным местом, которое создает эти помехи. В случае широкополосных помех проверьте, является ли это максимальным местоположением всех широкополосных помех.

(3) Во многих случаях не все гармоники генерируются в одном месте. Иногда четные и нечетные гармоники генерируются в разных местах, или каждая гармоническая составляющая может генерироваться в разных местах. В этом случае вы можете найти место с самым сильным излучением, посмотрев на пространственное распределение частотных точек, которые вам интересны.

(4) Принятие мер в местах с самым сильным излучением, несомненно, является наиболее эффективным решением проблем EMI / EMC.

Такой метод исследования электромагнитных помех, позволяющий точно отследить «источник» и путь распространения, позволяет инженерам устранять проблемы электромагнитных помех с наименьшими затратами и максимальной скоростью. В реальном случае измерения устройства связи излучаемые помехи исходят от кабеля телефонной линии. После использования EMSCAN для выполнения вышеупомянутого отслеживания и сканирования на плату процессора, наконец, были установлены еще несколько конденсаторов фильтра, что решило проблему электромагнитных помех, которую инженер не смог решить.

Быстро определить место неисправности цепи

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

С увеличением сложности печатной платы также возрастают сложность и объем работы по отладке. С помощью осциллографа или логического анализатора можно одновременно наблюдать только одну или ограниченное количество сигнальных линий. Однако на печатной плате могут быть тысячи сигнальных линий. Инженеры могут найти проблему только по опыту или удаче. Эта проблема.

Если у нас есть «полная электромагнитная информация» о нормальной плате и неисправной плате, мы можем сравнить данные двух, чтобы найти аномальный частотный спектр, а затем использовать «технологию определения местоположения источника помех», чтобы определить местонахождение неисправной платы. аномальный частотный спектр. Найдите место и причину неисправности.

На рисунке 5 показан частотный спектр нормальной платы и неисправной платы. Путем сравнения легко обнаружить аномальные широкополосные помехи на неисправной плате.

Затем найдите место, где этот «аномальный частотный спектр» генерируется на карте пространственного распределения неисправной платы, как показано на Рисунке 6. Таким образом, место повреждения расположено на сетке (7.6 мм × 7.6 мм), и проблема может быть очень серьезной. Скоро будет поставлен диагноз.

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Примеры применения для оценки качества проектирования печатных плат

Хорошая печатная плата должна быть тщательно спроектирована инженером. Вопросы, которые необходимо учитывать, включают:

(1) Разумный каскадный дизайн

В частности, расположение плоскости заземления и плоскости питания, а также конструкция слоя, на котором расположены чувствительные сигнальные линии и сигнальные линии, которые генерируют большое количество излучения. Также существует разделение плоскости заземления и плоскости питания и прокладка сигнальных линий через разделенную область.

(2) Сохраняйте сопротивление сигнальной линии как можно более постоянным.

Как можно меньше переходных отверстий; как можно меньше прямых углов; и как можно меньшая площадь возвратного тока, он может производить меньше гармоник и более низкую интенсивность излучения.

(3) Хороший силовой фильтр.

Разумный тип конденсатора фильтра, значение емкости, количество и положение размещения, а также разумное многоуровневое расположение заземляющей пластины и пластины питания могут гарантировать, что электромагнитные помехи будут контролироваться на минимально возможной площади.

(4) Постарайтесь обеспечить целостность заземляющего слоя.

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Как можно меньше переходных отверстий; разумно через безопасное расстояние; разумная компоновка устройства; разумное расположение, обеспечивающее максимальную целостность заземляющего слоя. Напротив, плотные переходные отверстия и слишком большое безопасное расстояние или необоснованная компоновка устройства серьезно повлияют на целостность плоскости заземления и плоскости питания, что приведет к большому количеству индуктивных перекрестных помех, синфазного излучения и вызовет цепь. чувствителен к внешним помехам.

(5) Найдите компромисс между целостностью сигнала и электромагнитной совместимостью.

Для обеспечения нормальной работы оборудования увеличьте время нарастания и спада сигнала, насколько это возможно, чтобы уменьшить амплитуду и количество гармоник электромагнитного излучения, генерируемого сигналом. Например, вам нужно выбрать подходящий демпфирующий резистор, подходящий метод фильтрации и так далее.

В прошлом использование полной информации об электромагнитном поле, генерируемой печатной платой, могло с научной точки зрения оценить качество конструкции печатной платы. Используя полную электромагнитную информацию о печатной плате, качество дизайна печатной платы можно оценить по следующим четырем аспектам: 1. Количество частотных точек: количество гармоник. 2. Переходные помехи: нестабильные электромагнитные помехи. 3. Интенсивность излучения: величина электромагнитных помех в каждой частотной точке. 4. Зона распространения: размер зоны распространения электромагнитных помех в каждой частотной точке на печатной плате.

В следующем примере доска A является улучшенной доской B. Принципиальные схемы двух плат и расположение основных компонентов абсолютно одинаковы. Результаты спектрального / пространственного сканирования двух плат показаны на рисунке 7:

Из спектрограммы на рисунке 7 видно, что качество платы A, очевидно, лучше, чем качество платы B, потому что:

1. Количество частотных точек у доски А явно меньше, чем у доски В;

2. Амплитуда большинства частотных точек платы A меньше, чем у платы B;

3. Переходные помехи (частотные точки, которые не отмечены) платы A меньше, чем у платы B.

Как получить и применить электромагнитную информацию на печатной плате

Из пространственной диаграммы видно, что общая площадь распределения электромагнитных помех пластины A намного меньше, чем у пластины B. Давайте посмотрим на распределение электромагнитных помех в определенной частотной точке. Судя по распределению электромагнитных помех в точке с частотой 462 МГц, показанной на рисунке 8, амплитуда пластины A мала, а площадь мала. Доска B имеет большой ассортимент и особенно широкую зону распространения.

Резюме этой статьи

Полная электромагнитная информация о печатной плате позволяет нам иметь очень интуитивное понимание всей печатной платы, что не только помогает инженерам решать проблемы EMI / EMC, но также помогает инженерам отлаживать печатную плату и постоянно улучшать качество дизайна печатной платы. Аналогичным образом существует множество приложений EMSCAN, например, помощь инженерам в решении проблем электромагнитной восприимчивости и т. Д.