De traditionella verktygen för felsökning PCB inkluderar: tidsdomänoscilloskop, TDR (tidsdomänreflektometri) oscilloskop, logikanalysator och frekvensdomänspektrumanalysator och annan utrustning, men dessa metoder kan inte ge en återspegling av den övergripande informationen på PCB-kortet. data. PCB-kort kallas också kretskort, kretskort, kretskort för kort, PCB (tryckt kretskort) eller PWB (tryckt kretskort) för kort, med isoleringskort som basmaterial, skär i en viss storlek, och åtminstone fäst Ett ledande mönster med hål (såsom komponenthål, fästhål, metalliserade hål, etc.) används för att ersätta chassit på de elektroniska komponenterna i den tidigare enheten och realisera sammankopplingen mellan de elektroniska komponenterna. Eftersom detta kort är tillverkat med elektronisk utskrift kallas det ett “tryckt” kretskort. Det är inte korrekt att kalla “tryckt kretskort” som “tryckt kretskort” eftersom det inte finns några “tryckta komponenter” utan bara ledningar på kretskortet.

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Emscans elektromagnetiska kompatibilitetsskanningssystem använder en patenterad array-antennteknologi och elektronisk växlingsteknik, som kan mäta strömmen i PCB:n med hög hastighet. Nyckeln till Emscan är användningen av en patenterad arrayantenn för att mäta närfältsstrålningen från det arbetande PCB:et placerat på skannern. Denna antennuppsättning består av 40 x 32 (1280) små H-fältsonder, som är inbäddade i ett 8-lagers kretskort, och ett skyddande lager läggs till kretskortet för att placera PCB:n under test. Resultaten av spektrumskanning kan ge oss en grov förståelse av det spektrum som genereras av EUT: hur många frekvenskomponenter det finns och den ungefärliga storleken på varje frekvenskomponent.

Helbandsskanning

Utformningen av PCB-kortet är baserad på kretsschemat för att realisera de funktioner som krävs av kretsdesignern. Utformningen av det tryckta kretskortet hänvisar huvudsakligen till layoutdesignen, som måste ta hänsyn till olika faktorer som layouten av externa anslutningar, den optimerade layouten av interna elektroniska komponenter, den optimerade layouten av metallanslutningar och genomgående hål, elektromagnetiskt skydd och värmeavledning. Utmärkt layoutdesign kan spara produktionskostnader och uppnå bra kretsprestanda och värmeavledningsprestanda. Enkel layoutdesign kan realiseras för hand, medan komplex layoutdesign måste realiseras med hjälp av datorstödd design.

När du utför funktionen för spektrum/spatial skanning, placera den fungerande PCB:n på skannern. Kretskortet är uppdelat i 7.6 mm×7.6 mm rutnät av skannerns rutnät (varje rutnät innehåller en H-fältsond), och körs efter att ha skannat hela frekvensbandet för varje sond (frekvensområdet kan vara från 10kHz-3GHz) Emscan ger slutligen två bilder, nämligen det syntetiserade spektrogrammet (Figur 1) och den syntetiserade rymdkartan (Figur 2).

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Spectrum/spatial scanning obtains all the spectrum data of each probe in the entire scanning area. After performing a spectrum/spatial scan, you can get the electromagnetic radiation information of all frequencies at all spatial locations. You can imagine the spectrum/spatial scan data in Figure 1 and Figure 2 as a bunch of spatial scan data or a bunch of spectrum Scan the data. you can:

1. Visa den rumsliga fördelningskartan för den angivna frekvenspunkten (en eller flera frekvenser) precis som när du tittar på det rumsliga skanningsresultatet, som visas i figur 3.

2. Visa spektrogrammet för den angivna fysiska positionspunkten (ett eller flera rutnät) precis som när du tittar på spektrumskanningsresultatet.

De olika spatiala fördelningsdiagrammen i fig. 3 är spatiala bukens diagram av frekvenspunkterna sedda genom utpekade frekvenspunkter. Den erhålls genom att specificera frekvenspunkten med × i det översta spektrogrammet i figuren. Du kan ange en frekvenspunkt för att se den rumsliga fördelningen av varje frekvenspunkt, eller så kan du ange flera frekvenspunkter, till exempel, specificera alla övertonspunkter för 83M för att se det totala spektrogrammet.

I spektrogrammet i figur 4 är den grå delen det totala spektrogrammet och den blå delen är spektrogrammet vid den angivna positionen. Genom att specificera den fysiska platsen på PCB med ×, jämföra spektrogrammet (blått) och det totala spektrogrammet (grå) som genereras vid den positionen, hittas platsen för störningskällan. Det framgår av figur 4 att denna metod snabbt kan hitta platsen för interferenskällan för både bredbandsinterferens och smalbandsinterferens.

Hitta snabbt källan till elektromagnetisk störning

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

A spectrum analyzer is an instrument for studying the spectrum structure of electrical signals. It is used to measure signal distortion, modulation, spectral purity, frequency stability, and intermodulation distortion. It can be used to measure certain circuit systems such as amplifiers and filters. Parameter is a multi-purpose electronic measuring instrument. It can also be called frequency domain oscilloscope, tracking oscilloscope, analysis oscilloscope, harmonic analyzer, frequency characteristic analyzer or Fourier analyzer. Modern spectrum analyzers can display analysis results in analog or digital ways, and can analyze electrical signals in all radio frequency bands from very low frequency to sub-millimeter wave bands below 1 Hz.

Genom att använda en spektrumanalysator och en enda närfältssond kan man också lokalisera “störningskällor”. Här använder vi metoden att ”släcka eld” som en metafor. Fjärrfältstestet (EMC standardtest) kan jämföras med att ”upptäcka brand”. Om en frekvenspunkt överskrider gränsvärdet anses det som “en brand har upptäckts.” Den traditionella lösningen “spektrumanalysator + enkelsond” används vanligtvis av EMI-ingenjörer för att detektera “från vilken del av chassit lågan kommer ut”. Efter att lågan har upptäckts är den allmänna EMI-dämpningsmetoden att använda avskärmning och filtrering. “Flame” är täckt inuti produkten. Emscan tillåter oss att upptäcka källan till störningskällan – “brand”, men också att se “branden”, det vill säga hur störningskällan sprids.

Det kan tydligt ses att med “fullständig elektromagnetisk information” är det mycket bekvämt att lokalisera elektromagnetiska störningskällor, inte bara kan lösa problemet med smalbandig elektromagnetisk störning, utan också effektivt för bredbandselektromagnetisk störning.

Den allmänna metoden är följande:

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

(1) Kontrollera den rumsliga fördelningen av grundvågen och hitta den fysiska positionen med den största amplituden på den rumsliga fördelningskartan för grundvågen. För bredbandsstörningar, ange en frekvens i mitten av bredbandsstörningen (till exempel en 60MHz-80MHz bredbandsstörning, vi kan ange 70MHz), kontrollera den rumsliga fördelningen av frekvenspunkten och hitta den fysiska platsen med den största amplituden.

(2) Specify the location and look at the spectrogram of the location. Check whether the amplitude of each harmonic point at this position coincides with the total spectrogram. If they overlap, it means that the designated location is the strongest place that produces these interferences. For broadband interference, check whether the location is the maximum location of the entire broadband interference.

(3) In many cases, not all harmonics are generated at one location. Sometimes even harmonics and odd harmonics are generated at different locations, or each harmonic component may be generated at different locations. In this case, you can find the location with the strongest radiation by looking at the spatial distribution of the frequency points you care about.

(4) Att vidta åtgärder på de platser med den starkaste strålningen är utan tvekan den mest effektiva lösningen på EMI/EMC-problem.

Denna typ av EMI-undersökningsmetod som verkligen kan spåra “källan” och spridningsvägen tillåter ingenjörer att eliminera EMI-problem till lägsta kostnad och snabbaste hastighet. I ett faktiskt mätfall av en kommunikationsenhet, utstrålade störningar från telefonkabeln. Efter att ha använt EMSCAN för att utföra ovan nämnda spårning och skanning, installerades äntligen ytterligare några filterkondensatorer på processorkortet, vilket löste EMI-problemet som ingenjören inte kunde lösa.

Quickly locate the circuit fault location

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Med ökningen av PCB-komplexiteten ökar också svårigheten och arbetsbelastningen med felsökning. Med ett oscilloskop eller logikanalysator kan endast en eller ett begränsat antal signallinjer observeras samtidigt. Det kan dock finnas tusentals signallinjer på kretskortet. Ingenjörer kan bara hitta problemet genom erfarenhet eller tur. Problemet.

Om vi ​​har den “fullständiga elektromagnetiska informationen” för det normala kortet och det felaktiga kortet, kan vi jämföra data för de två för att hitta det onormala frekvensspektrumet och sedan använda “interferenskällans lokaliseringsteknik” för att ta reda på platsen för onormalt frekvensspektrum. Hitta platsen och orsaken till felet.

Figur 5 visar frekvensspektrumet för det normala kortet och det felaktiga kortet. Genom jämförelse är det lätt att upptäcka att det finns en onormal bredbandsstörning på det felaktiga kortet.

Hitta sedan platsen där detta “onormala frekvensspektrum” genereras på den rumsliga fördelningskartan för det felaktiga kortet, som visas i figur 6. På detta sätt är felplatsen placerad på ett rutnät (7.6 mm×7.6 mm), och problemet kan vara mycket allvarligt. Diagnosen ställs snart.

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Applikationsfall för utvärdering av PCB-designkvalitet

A good PCB needs to be carefully designed by an engineer. The issues that need to be considered include:

(1) Rimlig kaskaddesign

Speciellt arrangemanget av jordplanet och kraftplanet, och utformningen av lagret där de känsliga signallinjerna och signallinjerna som genererar mycket strålning finns. Det finns också uppdelningen av jordplanet och kraftplanet, och dirigeringen av signallinjer över det delade området.

(2) Håll signalledningens impedans så kontinuerlig som möjligt

Så få vias som möjligt; så få rätvinkliga spår som möjligt; och en så liten strömreturarea som möjligt, den kan producera mindre övertoner och lägre strålningsintensitet.

(3) Bra effektfilter

Rimlig filterkondensatortyp, kapacitansvärde, kvantitet och placeringsposition, samt ett rimligt skiktat arrangemang av jordplan och kraftplan, kan säkerställa att elektromagnetiska störningar kontrolleras på minsta möjliga område.

(4) Försök att säkerställa jordplanets integritet

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Så få vias som möjligt; rimligt via säkerhetsavstånd; rimlig enhetslayout; rimligt via arrangemang för att säkerställa jordplanets integritet i största utsträckning. Tvärtom, täta vior och för stora säkerhetsavstånd, eller orimlig enhetslayout, kommer att allvarligt påverka integriteten hos jordplanet och kraftplanet, vilket resulterar i en stor mängd induktiv överhörning, common mode-strålning och kommer att orsaka kretsen Mer känslig för yttre störningar.

(5) Hitta en kompromiss mellan signalintegritet och elektromagnetisk kompatibilitet

På förutsättningen att säkerställa utrustningens normala funktion, öka signalens stigande och fallande kanttid så mycket som möjligt för att minska amplituden och antalet övertoner av elektromagnetisk strålning som genereras av signalen. Till exempel måste du välja ett lämpligt dämpningsmotstånd, en lämplig filtreringsmetod och så vidare.

Tidigare har användningen av den fullständiga elektromagnetiska fältinformationen som genereras av PCB:n vetenskapligt kunnat utvärdera kvaliteten på PCB-designen. Genom att använda den fullständiga elektromagnetiska informationen för kretskortet kan mönsterkortets designkvalitet utvärderas utifrån följande fyra aspekter: 1. Antalet frekvenspunkter: antalet övertoner. 2. Transient interferens: instabil elektromagnetisk interferens. 3. Strålningsintensitet: storleken på elektromagnetisk störning vid varje frekvenspunkt. 4. Distributionsområde: storleken på distributionsområdet för elektromagnetisk störning vid varje frekvenspunkt på PCB:n.

I följande exempel är A-brädan en förbättring av B-brädan. De schematiska diagrammen för de två korten och layouten för huvudkomponenterna är exakt desamma. Resultaten av spektrum/spatial skanning av de två korten visas i figur 7:

Från spektrogrammet i figur 7 kan man se att kvaliteten på A-brädan uppenbarligen är bättre än den på B-brädan, eftersom:

1. Antalet frekvenspunkter för A-brädan är uppenbarligen mindre än B-brädans antal;

2. Amplituden för de flesta frekvenspunkter på A-kortet är mindre än B-kortets;

3. Den transienta interferensen (frekvenspunkter som inte är markerade) för A-kortet är mindre än B-kortets.

Hur man skaffar och tillämpar PCB elektromagnetisk information

Det kan ses från rymddiagrammet att den totala elektromagnetiska störningsfördelningsytan för A-plattan är mycket mindre än den för B-plattan. Låt oss ta en titt på den elektromagnetiska störningsfördelningen vid en viss frekvenspunkt. Att döma av den elektromagnetiska störningsfördelningen vid 462MHz-frekvenspunkten som visas i figur 8, är A-plattans amplitud liten och arean liten. B-tavlan har ett stort utbud och ett särskilt brett distributionsområde.

Sammanfattning av denna artikel

Den kompletta elektromagnetiska informationen hos PCB:n gör att vi kan ha en mycket intuitiv förståelse av den övergripande PCB:n, vilket inte bara hjälper ingenjörer att lösa EMI/EMC-problem, utan också hjälper ingenjörer att felsöka PCB:n och kontinuerligt förbättra designkvaliteten på PCB:n. På samma sätt finns det många tillämpningar av EMSCAN, som att hjälpa ingenjörer att lösa problem med elektromagnetisk känslighet och så vidare.