Tradičné nástroje na ladenie PCB zahŕňajú: osciloskop v časovej oblasti, osciloskop TDR (reflektometria v časovej oblasti), logický analyzátor a frekvenčný spektrálny analyzátor a ďalšie zariadenia, ale tieto metódy nemôžu poskytnúť odraz celkových informácií dosky plošných spojov. údajov. Doska plošných spojov sa tiež nazýva doska plošných spojov, doska plošných spojov, skratka plošných spojov, skratka PCB (doska plošných spojov) alebo PWB (doska plošných spojov), pričom sa ako základný materiál používa izolačná doska, narezaná na určitú veľkosť a aspoň pripojený Vodivý vzor s otvormi (ako sú otvory pre komponenty, upevňovacie otvory, metalizované otvory atď.) sa používa na výmenu šasi elektronických komponentov predchádzajúceho zariadenia a na realizáciu prepojenia medzi elektronickými komponentmi. Pretože sa táto doska vyrába pomocou elektronickej tlače, nazýva sa doska s plošnými spojmi. Nie je presné nazývať „dosku s plošnými spojmi“ ako „tištěný obvod“, pretože na doske plošných spojov nie sú žiadne „tlačené komponenty“, ale iba zapojenie.

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Systém skenovania elektromagnetickej kompatibility Emscan využíva patentovanú technológiu anténneho poľa a technológiu elektronického prepínania, ktorá dokáže merať prúd PCB pri vysokej rýchlosti. Kľúčom k Emscan je použitie patentovanej antény na meranie blízkeho žiarenia pracovnej dosky plošných spojov umiestnenej na skeneri. Toto anténne pole pozostáva zo 40 x 32 (1280) malých sond H-pola, ktoré sú vložené do 8-vrstvovej dosky plošných spojov a na dosku plošných spojov je pridaná ochranná vrstva, aby bola testovaná PCB. Výsledky skenovania spektra nám môžu poskytnúť približnú predstavu o spektre generovanom EUT: koľko frekvenčných komponentov existuje a približnú veľkosť každého frekvenčného komponentu.

Skenovanie celého pásma

Návrh dosky plošných spojov je založený na schéme zapojenia, aby sa realizovali funkcie požadované návrhárom obvodu. Návrh dosky plošných spojov sa týka hlavne návrhu rozloženia, ktorý musí brať do úvahy rôzne faktory, ako je rozloženie vonkajších pripojení, optimalizované rozloženie vnútorných elektronických komponentov, optimalizované rozmiestnenie kovových spojov a priechodných otvorov, elektromagnetická ochrana a odvod tepla. Vynikajúci dizajn rozloženia môže ušetriť výrobné náklady a dosiahnuť dobrý výkon obvodu a výkon odvádzania tepla. Jednoduchý návrh rozloženia je možné realizovať ručne, zatiaľ čo zložitý návrh rozloženia je potrebné realizovať pomocou počítačom podporovaného návrhu.

Pri vykonávaní funkcie spektrálneho/priestorového skenovania umiestnite pracovnú dosku plošných spojov na skener. Doska plošných spojov je rozdelená na mriežky 7.6 mm × 7.6 mm mriežkou skenera (každá mriežka obsahuje sondu H-pola) a vykoná sa Po skenovaní celého frekvenčného pásma každej sondy (frekvenčný rozsah môže byť od 10 kHz do 3 GHz) Emscan nakoniec poskytuje dva obrázky, konkrétne syntetizovaný spektrogram (obrázok 1) a syntetizovanú mapu priestoru (obrázok 2).

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Spektrum/priestorové skenovanie získava všetky údaje o spektre každej sondy v celej skenovacej oblasti. Po vykonaní spektrálneho/priestorového skenovania môžete získať informácie o elektromagnetickom žiarení všetkých frekvencií na všetkých priestorových miestach. Údaje o spektre/priestorovom skenovaní na obrázku 1 a obrázku 2 si môžete predstaviť ako zväzok údajov priestorového skenovania alebo zväzok údajov o spektre. môžeš:

1. Zobrazte mapu priestorového rozloženia špecifikovaného frekvenčného bodu (jednej alebo viacerých frekvencií) rovnako ako pri prezeraní výsledku priestorového skenovania, ako je znázornené na obrázku 3.

2. Prezrite si spektrogram špecifikovaného bodu fyzického umiestnenia (jedna alebo viac mriežok) rovnako ako výsledok skenovania spektra.

Rôzne diagramy priestorového rozloženia na obr. 3 sú diagramy priestorového brucha frekvenčných bodov pozorovaných cez určené frekvenčné body. Získa sa špecifikovaním frekvenčného bodu s × v najvrchnejšom spektrograme na obrázku. Môžete zadať frekvenčný bod na zobrazenie priestorového rozloženia každého frekvenčného bodu, alebo môžete zadať viacero frekvenčných bodov, napríklad zadať všetky harmonické body 83M, aby ste si mohli pozrieť celkový spektrogram.

Na spektrograme na obrázku 4 je sivá časť celkovým spektrogramom a modrá časť je spektrogram v špecifikovanej polohe. Určením fyzického umiestnenia na doske plošných spojov pomocou ×, porovnaním spektrogramu (modrá) a celkového spektrogramu (sivá) generovaného v tejto polohe, sa nájde umiestnenie zdroja rušenia. Z obrázku 4 je vidieť, že táto metóda dokáže rýchlo nájsť miesto zdroja rušenia pre širokopásmové rušenie aj pre úzkopásmové rušenie.

Rýchlo lokalizujte zdroj elektromagnetického rušenia

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Spektrálny analyzátor je nástroj na štúdium štruktúry spektra elektrických signálov. Používa sa na meranie skreslenia signálu, modulácie, spektrálnej čistoty, frekvenčnej stability a intermodulačného skreslenia. Môže sa použiť na meranie určitých obvodových systémov, ako sú zosilňovače a filtre. Parameter je viacúčelový elektronický merací prístroj. Môže sa tiež nazývať osciloskop s frekvenčnou doménou, sledovací osciloskop, analytický osciloskop, harmonický analyzátor, analyzátor frekvenčných charakteristík alebo Fourierov analyzátor. Moderné spektrálne analyzátory dokážu zobraziť výsledky analýzy analógovým alebo digitálnym spôsobom a môžu analyzovať elektrické signály vo všetkých rádiových frekvenčných pásmach od veľmi nízkych frekvencií až po submilimetrové vlnové pásma pod 1 Hz.

Pomocou spektrálneho analyzátora a jednej sondy blízkeho poľa môžete tiež lokalizovať „zdroje rušenia“. Tu používame metódu „hasenia ohňa“ ako metaforu. Test vzdialeného poľa (štandardný test EMC) možno prirovnať k „zisťovaniu požiaru“. Ak frekvenčný bod prekročí limitnú hodnotu, považuje sa to za „bol nájdený požiar“. Tradičné riešenie „analyzátor spektra + jedna sonda“ vo všeobecnosti používajú inžinieri EMI na zistenie „z ktorej časti šasi vychádza plameň“. Po zistení plameňa je všeobecnou metódou potlačenia EMI použitie tienenia a filtrovania. Vo vnútri produktu je zakrytý „Plameň“. Emscan nám umožňuje zistiť zdroj rušenia – „oheň“, ale aj vidieť „oheň“, teda spôsob, akým sa zdroj rušenia šíri.

Je jasne vidieť, že pomocou „úplných elektromagnetických informácií“ je veľmi vhodné lokalizovať zdroje elektromagnetického rušenia, nielen že môže vyriešiť problém úzkopásmového elektromagnetického rušenia, ale je účinné aj pre širokopásmové elektromagnetické rušenie.

Všeobecná metóda je nasledovná:

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

(1) Skontrolujte priestorové rozloženie základnej vlny a nájdite fyzickú polohu s najväčšou amplitúdou na mape priestorového rozloženia základnej vlny. Pre širokopásmové rušenie špecifikujte frekvenciu uprostred širokopásmového rušenia (napríklad 60MHz-80MHz širokopásmové rušenie, môžeme zadať 70MHz), skontrolujte priestorové rozloženie frekvenčného bodu a nájdite fyzické umiestnenie s najväčšou amplitúdou.

(2) Uveďte miesto a pozrite sa na spektrogram miesta. Skontrolujte, či sa amplitúda každého harmonického bodu v tejto polohe zhoduje s celkovým spektrogramom. Ak sa prekrývajú, znamená to, že určené miesto je najsilnejším miestom, ktoré tieto rušenia produkuje. Pri širokopásmovom rušení skontrolujte, či je miesto maximálnym miestom celého širokopásmového rušenia.

(3) V mnohých prípadoch nie sú všetky harmonické generované na jednom mieste. Niekedy sa dokonca harmonické a nepárne harmonické generujú na rôznych miestach alebo každá harmonická zložka môže byť generovaná na rôznych miestach. V tomto prípade môžete nájsť miesto s najsilnejším vyžarovaním pohľadom na priestorové rozloženie frekvenčných bodov, na ktorých vám záleží.

(4) Prijímanie opatrení v miestach s najsilnejším žiarením je nepochybne najefektívnejším riešením problémov EMI/EMC.

Tento druh metódy vyšetrovania EMI, ktorá dokáže skutočne sledovať „zdroj“ a cestu šírenia, umožňuje inžinierom eliminovať problémy s EMI pri najnižších nákladoch a najrýchlejšej rýchlosti. V skutočnom prípade merania komunikačného zariadenia vyžarované rušenie vyžarované z kábla telefónnej linky. Po použití EMSCAN na vykonanie vyššie uvedeného sledovania a skenovania bolo nakoniec na dosku procesora nainštalovaných niekoľko ďalších filtračných kondenzátorov, čo vyriešilo problém EMI, ktorý inžinier nedokázal vyriešiť.

Rýchlo nájdite miesto poruchy okruhu

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

S narastajúcou zložitosťou DPS sa zvyšuje aj náročnosť a pracnosť ladenia. S osciloskopom alebo logickým analyzátorom je možné súčasne pozorovať iba jeden alebo obmedzený počet signálových vedení. Na doske plošných spojov však môžu byť tisíce signálnych liniek. Inžinieri môžu nájsť problém iba skúsenosťami alebo šťastím. Problém.

Ak máme „úplné elektromagnetické informácie“ normálnej dosky a chybnej dosky, môžeme porovnať údaje oboch, aby sme našli abnormálne frekvenčné spektrum, a potom použiť „technológiu lokalizácie zdroja rušenia“ na zistenie polohy abnormálne frekvenčné spektrum. Nájdite miesto a príčinu poruchy.

Obrázok 5 zobrazuje frekvenčné spektrum normálnej dosky a chybnej dosky. Porovnaním je ľahké zistiť, že na chybnej doske je abnormálne širokopásmové rušenie.

Potom nájdite miesto, kde sa toto „abnormálne frekvenčné spektrum“ generuje na mape priestorového rozloženia chybnej dosky, ako je znázornené na obrázku 6. Týmto spôsobom je miesto poruchy umiestnené na mriežke (7.6 mm × 7.6 mm) a problém môže byť veľmi vážny. Diagnóza bude stanovená čoskoro.

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Aplikačné prípady pre hodnotenie kvality návrhu DPS

Dobrý PCB musí byť starostlivo navrhnutý inžinierom. Otázky, ktoré je potrebné zvážiť, zahŕňajú:

(1) Rozumný kaskádový dizajn

Najmä usporiadanie základnej roviny a výkonovej roviny a návrh vrstvy, kde sú umiestnené citlivé signálové vedenia a signálové vedenia, ktoré generujú veľa žiarenia. Nechýba ani rozdelenie základnej a výkonovej roviny a smerovanie signálnych vedení cez rozdelenú oblasť.

(2) Udržujte impedanciu signálneho vedenia čo najplynulejšiu

Čo najmenej priechodov; čo najmenej pravouhlých stôp; a čo najmenšia plocha spätného prúdu, môže produkovať menej harmonických a nižšiu intenzitu žiarenia.

(3) Dobrý výkonový filter

Rozumný typ filtračného kondenzátora, hodnota kapacity, množstvo a poloha umiestnenia, ako aj rozumné vrstvené usporiadanie základnej roviny a výkonovej roviny môžu zabezpečiť, že elektromagnetické rušenie je kontrolované na najmenšej možnej ploche.

(4) Pokúste sa zabezpečiť integritu základnej roviny

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Čo najmenej priechodov; primeraný bezpečnostným rozostupom; rozumné usporiadanie zariadenia; primerané prostredníctvom usporiadania na zabezpečenie integrity základnej roviny v čo najväčšej miere. Naopak, husté priechody a príliš veľké bezpečnostné rozstupy alebo neprimerané rozloženie zariadenia vážne ovplyvnia integritu základnej roviny a napájacej roviny, čo bude mať za následok veľké množstvo indukčných presluchov, vyžarovanie spoločného režimu a spôsobí obvod. citlivé na vonkajšie rušenie.

(5) Nájdite kompromis medzi integritou signálu a elektromagnetickou kompatibilitou

Za predpokladu zabezpečenia normálnej funkcie zariadenia predĺžte čas nábežnej a zostupnej hrany signálu čo najviac, aby ste znížili amplitúdu a počet harmonických elektromagnetického žiarenia generovaného signálom. Napríklad musíte vybrať vhodný tlmiaci odpor, vhodnú metódu filtrovania atď.

V minulosti bolo možné pomocou kompletných informácií o elektromagnetickom poli generovaných doskou plošných spojov vedecky vyhodnotiť kvalitu návrhu plošných spojov. Použitím kompletných elektromagnetických informácií DPS možno kvalitu návrhu DPS vyhodnotiť z nasledujúcich štyroch hľadísk: 1. Počet frekvenčných bodov: počet harmonických. 2. Prechodné rušenie: nestabilné elektromagnetické rušenie. 3. Intenzita žiarenia: veľkosť elektromagnetického rušenia v každom frekvenčnom bode. 4. Distribučná oblasť: veľkosť distribučnej oblasti elektromagnetického rušenia v každom frekvenčnom bode na DPS.

V nasledujúcom príklade je doska A vylepšením dosky B. Schematické nákresy dvoch dosiek a rozloženie hlavných komponentov sú úplne rovnaké. Výsledky spektrálneho/priestorového skenovania dvoch dosiek sú znázornené na obrázku 7:

Zo spektrogramu na obrázku 7 je možné vidieť, že kvalita dosky A je samozrejme lepšia ako kvalita dosky B, pretože:

1. Počet frekvenčných bodov dosky A je zjavne menší ako počet bodov dosky B;

2. Amplitúda väčšiny frekvenčných bodov dosky A je menšia ako amplitúda dosky B;

3. Prechodové rušenie (frekvenčné body, ktoré nie sú označené) dosky A je menšie ako rušenie dosky B.

Ako získať a aplikovať elektromagnetické informácie PCB

Z priestorového diagramu je možné vidieť, že celková plocha distribúcie elektromagnetického rušenia dosky A je oveľa menšia ako plocha dosky B. Pozrime sa na rozdelenie elektromagnetického rušenia v určitom frekvenčnom bode. Súdiac podľa distribúcie elektromagnetického rušenia vo frekvenčnom bode 462 MHz znázornenom na obrázku 8, amplitúda dosky A je malá a oblasť je malá. Doska B má veľký rozsah a obzvlášť širokú distribučnú plochu.

Zhrnutie tohto článku

Kompletné elektromagnetické informácie PCB nám umožňujú veľmi intuitívne porozumieť celkovej PCB, čo nielen pomáha inžinierom riešiť problémy EMI/EMC, ale tiež pomáha inžinierom ladiť PCB a neustále zlepšovať kvalitu návrhu PCB. Podobne existuje mnoho aplikácií EMSCAN, ako napríklad pomoc inžinierom pri riešení problémov s elektromagnetickou susceptibilitou a podobne.