Tradicionalna orodja za odpravljanje napak PCB vključujejo: osciloskop časovne domene, osciloskop TDR (časovne reflektometrije), logični analizator in analizator frekvenčnega spektra ter drugo opremo, vendar te metode ne morejo odražati splošnih informacij o plošči PCB. podatkov. Plošča PCB se imenuje tudi tiskano vezje, tiskano vezje, na kratko tiskano vezje, na kratko PCB (tiskano vezje) ali PWB (tiskana plošča ožičenja), pri čemer se kot osnovni material uporablja izolacijska plošča, razrezana na določeno velikost in vsaj pritrjen Prevodni vzorec z luknjami (kot so luknje za komponente, luknje za pritrditev, metalizirane luknje itd.) se uporablja za zamenjavo ohišja elektronskih komponent prejšnje naprave in realizacijo medsebojne povezave med elektronskimi komponentami. Ker je ta plošča izdelana z uporabo elektronskega tiska, se imenuje “tiskano” vezje. Ni pravilno imenovati “tiskano vezje” kot “tiskano vezje”, ker na tiskanem vezju ni “tiskanih komponent”, ampak samo ožičenje.

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Sistem za skeniranje elektromagnetne združljivosti Emscan uporablja patentirano tehnologijo antenskega niza in tehnologijo elektronskega preklapljanja, ki lahko meri tok PCB pri visoki hitrosti. Ključ do Emscana je uporaba patentirane antene za merjenje sevanja bližnjega polja delujočega PCB-ja, nameščenega na skener. Ta antenski niz je sestavljen iz 40 x 32 (1280) majhnih sond H-polja, ki so vgrajene v 8-slojno vezje, na vezje pa je dodan zaščitni sloj, da se PCB testira. Rezultati skeniranja spektra nam lahko dajo grobo razumevanje spektra, ki ga ustvari EUT: koliko frekvenčnih komponent je in približno velikost vsake frekvenčne komponente.

Celotno skeniranje pasu

Zasnova plošče PCB temelji na shematski shemi vezja za uresničitev funkcij, ki jih zahteva oblikovalec vezja. Zasnova tiskanega vezja se nanaša predvsem na načrtovanje postavitve, ki mora upoštevati različne dejavnike, kot so postavitev zunanjih povezav, optimizirana postavitev notranjih elektronskih komponent, optimizirana postavitev kovinskih povezav in skoznih lukenj, elektromagnetna zaščita in odvajanje toplote. Odlična zasnova postavitve lahko prihrani proizvodne stroške in doseže dobro zmogljivost vezja in zmogljivost odvajanja toplote. Enostavno načrtovanje postavitve je mogoče realizirati ročno, kompleksno načrtovanje postavitve pa je treba realizirati s pomočjo računalniško podprtega oblikovanja.

Pri izvajanju funkcije spektra/prostorskega skeniranja postavite delujočo tiskano vezje na skener. PCB je razdeljen na mreže 7.6 mm × 7.6 mm z mrežo optičnega bralnika (vsaka mreža vsebuje sondo H-polja) in se izvede po skeniranju celotnega frekvenčnega pasu vsake sonde (frekvenčno območje je lahko od 10 kHz-3 GHz) , Emscan končno poda dve sliki, in sicer sintetiziran spektrogram (slika 1) in sintetiziran prostorski zemljevid (slika 2).

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Spekter/prostorsko skeniranje pridobi vse podatke spektra vsake sonde v celotnem območju skeniranja. Po izvedbi spektra/prostorskega skeniranja lahko dobite informacije o elektromagnetnem sevanju vseh frekvenc na vseh prostorskih lokacijah. Podatke o spektru/prostorskem skeniranju na sliki 1 in sliki 2 si lahko predstavljate kot kup podatkov o prostorskem skeniranju ali kup spektra. Skenirajte podatke. ti lahko:

1. Oglejte si zemljevid prostorske porazdelitve določene frekvenčne točke (ene ali več frekvenc) tako kot si ogledate rezultat prostorskega skeniranja, kot je prikazano na sliki 3.

2. Oglejte si spektrogram določene točke fizične lokacije (ene ali več mrež) tako kot si ogledate rezultat skeniranja spektra.

Različni diagrami prostorske porazdelitve na sliki 3 so diagrami prostorskega trebuha frekvenčnih točk, gledanih skozi označene frekvenčne točke. Dobimo ga tako, da določimo frekvenčno točko s × v zgornjem spektrogramu na sliki. Določite lahko frekvenčno točko, da si ogledate prostorsko porazdelitev vsake frekvenčne točke, ali pa določite več frekvenčnih točk, na primer določite vse harmonične točke 83M za ogled celotnega spektrograma.

V spektrogramu na sliki 4 je sivi del celoten spektrogram, modri del pa spektrogram na določenem mestu. Z določitvijo fizične lokacije na PCB z ×, primerjavo spektrograma (modra) in skupnega spektrograma (siva), ustvarjenega na tem mestu, najdemo lokacijo vira motenj. Iz slike 4 je razvidno, da lahko ta metoda hitro najde lokacijo vira motenj tako za širokopasovne kot za ozkopasovne motnje.

Hitro poiščite vir elektromagnetnih motenj

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Analizator spektra je instrument za preučevanje strukture spektra električnih signalov. Uporablja se za merjenje popačenja signala, modulacije, spektralne čistosti, stabilnosti frekvence in intermodulacijskega popačenja. Uporablja se lahko za merjenje določenih sistemov vezij, kot so ojačevalniki in filtri. Parameter je večnamenski elektronski merilni instrument. Lahko ga imenujemo tudi osciloskop frekvenčne domene, sledilni osciloskop, analizni osciloskop, harmonski analizator, analizator frekvenčnih karakteristik ali Fourierjev analizator. Sodobni analizatorji spektra lahko prikazujejo rezultate analize na analogne ali digitalne načine in lahko analizirajo električne signale v vseh radiofrekvenčnih pasovih od zelo nizkih frekvenčnih do submilimetrskih valovnih pasov pod 1 Hz.

Z uporabo spektralnega analizatorja in ene sonde bližnjega polja je mogoče locirati tudi “vire motenj”. Tukaj uporabljamo metodo »gašenja požara« kot metaforo. Preizkus daljnega polja (standardni test EMC) lahko primerjamo z “odkrivanjem požara”. Če frekvenčna točka preseže mejno vrednost, se šteje, da je bil »ugotovljen požar«. Tradicionalno rešitev “analizator spektra + ena sonda” inženirji EMI običajno uporabljajo za odkrivanje “iz katerega dela ohišja prihaja plamen”. Ko je plamen zaznan, je splošna metoda zatiranja EMI uporaba zaščite in filtriranja. “Plamen” je pokrit v notranjosti izdelka. Emscan nam omogoča, da zaznamo vir vira motenj – »ogenj«, pa tudi vidimo »ogenj«, torej način, kako se vir motenj širi.

Jasno je razvidno, da je z uporabo “popolnih elektromagnetnih informacij” zelo priročno locirati vire elektromagnetnih motenj, ne samo da lahko reši problem ozkopasovnih elektromagnetnih motenj, ampak tudi učinkovito za širokopasovne elektromagnetne motnje.

Splošna metoda je naslednja:

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

(1) Preverite prostorsko porazdelitev osnovnega vala in poiščite fizični položaj z največjo amplitudo na zemljevidu prostorske porazdelitve temeljnega vala. Za širokopasovne motnje določite frekvenco na sredini širokopasovne motnje (na primer širokopasovne motnje 60MHz-80MHz, lahko določimo 70MHz), preverite prostorsko porazdelitev frekvenčne točke in poiščite fizično lokacijo z največjo amplitudo.

(2) Določite lokacijo in si oglejte spektrogram lokacije. Preverite, ali amplituda vsake harmonične točke na tem položaju sovpada s celotnim spektrogramom. Če se prekrivajo, to pomeni, da je določena lokacija najmočnejše mesto, ki povzroča te motnje. Za širokopasovne motnje preverite, ali je lokacija največja lokacija celotne širokopasovne motnje.

(3) V mnogih primerih se vsi harmoniki ne generirajo na enem mestu. Včasih se sode in lihe harmonike generirajo na različnih lokacijah ali pa se lahko vsaka harmonska komponenta generira na različnih lokacijah. V tem primeru lahko poiščete lokacijo z najmočnejšim sevanjem, tako da pogledate prostorsko porazdelitev frekvenčnih točk, ki vas zanimajo.

(4) Ukrepanje na mestih z najmočnejšim sevanjem je nedvomno najučinkovitejša rešitev problemov EMI/EMC.

Ta vrsta preiskovalne metode EMI, ki lahko resnično izsledi “vir” in pot širjenja, omogoča inženirjem, da odpravijo težave EMI z najnižjo ceno in najhitrejšo hitrostjo. V dejanskem merilnem primeru komunikacijske naprave sevajo motnje iz kabla telefonske linije. Po uporabi EMSCAN-a za izvedbo zgoraj omenjenega sledenja in skeniranja je bilo na procesorsko ploščo končno nameščenih še nekaj filtrirnih kondenzatorjev, ki so rešili problem EMI, ki ga inženir ni mogel rešiti.

Hitro poiščite mesto okvare vezja

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

S povečanjem kompleksnosti PCB se povečujeta tudi težavnost in delovna obremenitev pri odpravljanju napak. Z osciloskopom ali logičnim analizatorjem je mogoče hkrati opazovati le eno ali omejeno število signalnih linij. Vendar pa je lahko na tiskanem vezju na tisoče signalnih linij. Inženirji lahko najdejo težavo le z izkušnjami ali srečo. Težava.

Če imamo “popolne elektromagnetne informacije” običajne plošče in plošče z napako, lahko primerjamo podatke obeh, da najdemo nenormalni frekvenčni spekter, nato pa uporabimo “tehnologijo lokacije vira motenj”, da ugotovimo lokacijo nenormalni frekvenčni spekter. Poiščite lokacijo in vzrok okvare.

Slika 5 prikazuje frekvenčni spekter normalne in okvarjene plošče. S primerjavo je enostavno ugotoviti, da na okvarjeni plošči prihaja do nenormalnih širokopasovnih motenj.

Nato na zemljevidu prostorske porazdelitve okvarjene plošče poiščite lokacijo, kjer se ustvari ta »nenormalni frekvenčni spekter«, kot je prikazano na sliki 6. Na ta način se lokacija napake nahaja na mreži (7.6 mm × 7.6 mm) in težava je lahko zelo resna. Diagnoza bo kmalu postavljena.

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Primeri aplikacij za ocenjevanje kakovosti načrtovanja PCB

Dober PCB mora skrbno oblikovati inženir. Vprašanja, ki jih je treba upoštevati, vključujejo:

(1) Razumna kaskadna zasnova

Predvsem razporeditev ozemljitvene in napajalne ravnine ter zasnova plasti, kjer se nahajajo občutljive signalne linije in signalne linije, ki ustvarjajo veliko sevanja. Obstajajo tudi delitev ozemljitvene in napajalne ravnine ter usmerjanje signalnih vodov čez razdeljeno območje.

(2) Naj bo impedanca signalne linije čim bolj neprekinjena

Čim manj prehodov; čim manj pravokotnih sledi; in čim manjše območje povratnega toka, lahko proizvede manj harmonik in nižjo intenzivnost sevanja.

(3) Dober napajalni filter

Razumen tip filtrirnega kondenzatorja, vrednost kapacitivnosti, količina in položaj namestitve ter razumna plastna razporeditev ozemljitvene in napajalne ravnine lahko zagotovijo, da se elektromagnetne motnje nadzorujejo na najmanjšem možnem območju.

(4) Poskusite zagotoviti celovitost ozemljitvene plošče

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Čim manj prehodov; razumno zaradi varnostnega razmika; razumna postavitev naprave; razumno z dogovorom, da se v največji meri zagotovi celovitost ozemljitvene plošče. Nasprotno, gosti prehodi in preveliki varnostni razmiki ali nerazumna postavitev naprave bodo resno vplivali na celovitost ozemljitvene in napajalne ravnine, kar bo povzročilo veliko induktivnega preslušavanja, običajnega sevanja in bo povzročilo vezje Več občutljiv na zunanje motnje.

(5) Poiščite kompromis med celovitostjo signala in elektromagnetno združljivostjo

Ob predpostavki, da zagotovite normalno delovanje opreme, čim bolj povečajte čas naraščajočega in padajočega roba signala, da zmanjšate amplitudo in število harmonikov elektromagnetnega sevanja, ki ga ustvarja signal. Na primer, izbrati morate ustrezen dušilni upor, ustrezno metodo filtriranja itd.

V preteklosti je uporaba popolnih informacij o elektromagnetnem polju, ki jih je ustvaril PCB, lahko znanstveno ocenila kakovost zasnove PCB. Z uporabo popolnih elektromagnetnih informacij tiskanega vezja lahko kakovost načrtovanja tiskanega vezja ocenimo z naslednjih štirih vidikov: 1. Število frekvenčnih točk: število harmonikov. 2. Prehodne motnje: nestabilne elektromagnetne motnje. 3. Intenzivnost sevanja: obseg elektromagnetnih motenj na vsaki frekvenčni točki. 4. Območje distribucije: velikost distribucijskega območja elektromagnetnih motenj na vsaki frekvenčni točki na PCB.

V naslednjem primeru je plošča A izboljšava plošče B. Shematski diagrami obeh plošč in postavitev glavnih komponent so popolnoma enaki. Rezultati spektra/prostorskega skeniranja obeh plošč so prikazani na sliki 7:

Iz spektrograma na sliki 7 je razvidno, da je kakovost plošče A očitno boljša od kakovosti plošče B, ker:

1. Število frekvenčnih točk na plošči A je očitno manjše od števila na plošči B;

2. Amplituda večine frekvenčnih točk plošče A je manjša kot amplituda plošče B;

3. Prehodne motnje (frekvenčne točke, ki niso označene) plošče A so manjše od motenj plošče B.

Kako pridobiti in uporabiti elektromagnetne informacije PCB

Iz prostorskega diagrama je razvidno, da je celotno območje porazdelitve elektromagnetnih motenj plošče A veliko manjše od površine B plošče. Oglejmo si porazdelitev elektromagnetnih motenj na določeni frekvenčni točki. Sodeč po porazdelitvi elektromagnetnih motenj na frekvenčni točki 462MHz, prikazani na sliki 8, je amplituda plošče A majhna in površina majhna. B plošča ima velik razpon in posebno široko distribucijsko območje.

Povzetek tega članka

Popolne elektromagnetne informacije tiskanega vezja nam omogočajo zelo intuitivno razumevanje celotnega tiskanega vezja, kar inženirjem ne pomaga le pri reševanju problemov EMI/EMC, ampak tudi pomaga inženirjem odpravljati napake na tiskanem vezju in nenehno izboljševati kakovost načrtovanja tiskanega vezja. Podobno obstaja veliko aplikacij EMSCAN, kot je pomoč inženirjem pri reševanju težav z elektromagnetno občutljivostjo in tako naprej.