เครื่องมือดั้งเดิมสำหรับการดีบัก PCB รวมถึง: ออสซิลโลสโคปโดเมนเวลา, ออสซิลโลสโคป TDR (การสะท้อนโดเมนเวลา) ตัววิเคราะห์ลอจิกและตัววิเคราะห์สเปกตรัมโดเมนความถี่และอุปกรณ์อื่น ๆ แต่วิธีการเหล่านี้ไม่สามารถสะท้อนข้อมูลโดยรวมของบอร์ด PCB ได้ ข้อมูล. บอร์ด PCB เรียกอีกอย่างว่าแผงวงจรพิมพ์, แผงวงจรพิมพ์, แผงวงจรพิมพ์สั้น, PCB (แผงวงจรพิมพ์) หรือ PWB (แผงวงจรพิมพ์) สั้น ๆ โดยใช้แผ่นฉนวนเป็นวัสดุฐานตัดเป็นขนาดที่แน่นอนและ อย่างน้อยที่สุด รูปแบบการนำไฟฟ้าที่มีรู (เช่น รูส่วนประกอบ รูยึด รูที่เป็นโลหะ ฯลฯ) ถูกนำมาใช้เพื่อแทนที่แชสซีของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ก่อนหน้าและทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากบอร์ดนี้ทำโดยใช้การพิมพ์แบบอิเล็กทรอนิกส์จึงเรียกว่าแผงวงจร “แบบพิมพ์” ไม่ถูกต้องที่จะเรียกว่า “แผงวงจรพิมพ์” เป็น “วงจรพิมพ์” เนื่องจากไม่มี “ส่วนประกอบที่พิมพ์” แต่มีเพียงการเดินสายไฟบนแผงวงจรพิมพ์เท่านั้น

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

ระบบสแกนความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของ Emscan ใช้เทคโนโลยีเสาอากาศอาร์เรย์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรและเทคโนโลยีการสลับอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถวัดกระแสของ PCB ที่ความเร็วสูงได้ กุญแจสำคัญของ Emscan คือการใช้เสาอากาศอาเรย์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรเพื่อวัดการแผ่รังสีระยะใกล้ของ PCB ที่ทำงานบนเครื่องสแกน อาร์เรย์เสาอากาศนี้ประกอบด้วยโพรบ H-field ขนาดเล็ก 40 x 32 (1280) ซึ่งฝังอยู่ในแผงวงจร 8 ชั้น และเพิ่มชั้นป้องกันลงในแผงวงจรเพื่อวาง PCB ภายใต้การทดสอบ ผลลัพธ์ของการสแกนสเปกตรัมสามารถทำให้เราเข้าใจอย่างคร่าวๆ เกี่ยวกับสเปกตรัมที่สร้างโดย EUT: จำนวนส่วนประกอบความถี่ที่มีอยู่ และขนาดโดยประมาณของส่วนประกอบความถี่แต่ละส่วน

การสแกนแบบเต็มวง

การออกแบบบอร์ด PCB ขึ้นอยู่กับแผนผังวงจรเพื่อให้ทราบถึงฟังก์ชันที่ผู้ออกแบบวงจรต้องการ การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ส่วนใหญ่หมายถึงการออกแบบเลย์เอาต์ ซึ่งต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น เลย์เอาต์ของการเชื่อมต่อภายนอก เลย์เอาต์ที่ปรับให้เหมาะสมของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ภายใน เลย์เอาต์ที่เหมาะสมที่สุดของการเชื่อมต่อโลหะและรูทะลุ การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า และ การกระจายความร้อน การออกแบบเลย์เอาต์ที่ยอดเยี่ยมสามารถประหยัดต้นทุนการผลิตและบรรลุประสิทธิภาพวงจรที่ดีและประสิทธิภาพการกระจายความร้อน การออกแบบเลย์เอาต์ที่เรียบง่ายสามารถทำได้ด้วยมือ ในขณะที่การออกแบบเลย์เอาต์ที่ซับซ้อนจำเป็นต้องรับรู้ด้วยความช่วยเหลือของการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย

เมื่อใช้งานฟังก์ชันการสแกนสเปกตรัม/เชิงพื้นที่ ให้วาง PCB ที่ใช้งานได้บนเครื่องสแกน PCB ถูกแบ่งออกเป็นกริด 7.6 มม. × 7.6 มม. โดยกริดของสแกนเนอร์ (แต่ละกริดมีโพรบ H-field) และดำเนินการหลังจากสแกนแถบความถี่เต็มของแต่ละโพรบ (ช่วงความถี่สามารถตั้งแต่ 10kHz-3GHz) ในที่สุด Emscan ก็ให้ภาพสองภาพ กล่าวคือ สเปกโตรแกรมสังเคราะห์ (รูปที่ 1) และแผนที่อวกาศที่สังเคราะห์ขึ้น (รูปที่ 2)

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

การสแกนสเปกตรัม/เชิงพื้นที่จะรับข้อมูลสเปกตรัมทั้งหมดของโพรบแต่ละตัวในพื้นที่การสแกนทั้งหมด หลังจากทำการสแกนสเปกตรัม/เชิงพื้นที่ คุณจะได้รับข้อมูลการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่ทั้งหมดในทุกตำแหน่งเชิงพื้นที่ คุณสามารถจินตนาการถึงข้อมูลการสแกนสเปกตรัม/เชิงพื้นที่ในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 ว่าเป็นข้อมูลการสแกนเชิงพื้นที่กลุ่มหนึ่งหรือกลุ่มของสเปกตรัมสแกนข้อมูล คุณสามารถ:

1. ดูแผนที่การกระจายเชิงพื้นที่ของจุดความถี่ที่ระบุ (หนึ่งความถี่ขึ้นไป) เช่นเดียวกับการดูผลการสแกนเชิงพื้นที่ ดังแสดงในรูปที่ 3

2. ดูสเปกโตรแกรมของจุดตำแหน่งทางกายภาพที่ระบุ (หนึ่งกริดขึ้นไป) เช่นเดียวกับการดูผลการสแกนสเปกตรัม

ไดอะแกรมการกระจายเชิงพื้นที่ต่างๆ ในรูปที่ 3 เป็นไดอะแกรมช่องท้องเชิงพื้นที่ของจุดความถี่ที่มองผ่านจุดความถี่ที่กำหนด ได้มาจากการระบุจุดความถี่ด้วย × ในสเปกโตรแกรมบนสุดในรูป คุณสามารถระบุจุดความถี่เพื่อดูการกระจายเชิงพื้นที่ของแต่ละจุดความถี่ หรือคุณสามารถระบุจุดความถี่ได้หลายจุด เช่น ระบุจุดฮาร์มอนิกทั้งหมด 83M เพื่อดูสเปกโตรแกรมทั้งหมด

ในสเปกโตรแกรมในรูปที่ 4 ส่วนสีเทาคือสเปกโตรแกรมทั้งหมด และส่วนสีน้ำเงินคือสเปกโตรแกรมที่ตำแหน่งที่ระบุ โดยการระบุตำแหน่งทางกายภาพบน PCB ด้วย × การเปรียบเทียบสเปกโตรแกรม (สีน้ำเงิน) และสเปกโตรแกรมทั้งหมด (สีเทา) ที่สร้างขึ้นที่ตำแหน่งนั้น จะพบตำแหน่งของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 4 ว่าวิธีนี้สามารถค้นหาตำแหน่งของแหล่งสัญญาณรบกวนสำหรับทั้งการรบกวนแบบบรอดแบนด์และการรบกวนแบบแนร์โรว์แบนด์ได้อย่างรวดเร็ว

ค้นหาแหล่งที่มาของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นเครื่องมือสำหรับศึกษาโครงสร้างสเปกตรัมของสัญญาณไฟฟ้า ใช้ในการวัดความผิดเพี้ยนของสัญญาณ การมอดูเลต ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัม ความเสถียรของความถี่ และการบิดเบือนระหว่างมอดูเลต สามารถใช้วัดระบบวงจรบางอย่างได้ เช่น แอมพลิฟายเออร์และฟิลเตอร์ พารามิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์อเนกประสงค์ นอกจากนี้ยังสามารถเรียกได้ว่าออสซิลโลสโคปโดเมนความถี่, ออสซิลโลสโคปติดตาม, ออสซิลโลสโคปวิเคราะห์, เครื่องวิเคราะห์ฮาร์มอนิก, เครื่องวิเคราะห์ลักษณะความถี่หรือเครื่องวิเคราะห์ฟูริเยร์ เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมสมัยใหม่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ในรูปแบบแอนะล็อกหรือดิจิทัล และสามารถวิเคราะห์สัญญาณไฟฟ้าในทุกย่านความถี่วิทยุตั้งแต่ความถี่ต่ำมากไปจนถึงช่วงคลื่นย่อยมิลลิเมตรที่ต่ำกว่า 1 เฮิรตซ์

การใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมและโพรบระยะใกล้เพียงเครื่องเดียวสามารถระบุตำแหน่ง “แหล่งสัญญาณรบกวน” ได้ ในที่นี้เราใช้วิธีการ “ดับไฟ” เป็นอุปมา การทดสอบภาคสนาม (การทดสอบมาตรฐาน EMC) สามารถเปรียบเทียบได้กับ “การตรวจจับไฟ” หากจุดความถี่เกินค่าที่จำกัด ถือว่า “พบเพลิงไหม้แล้ว” โดยทั่วไปแล้ววิศวกร EMI จะใช้โซลูชัน “เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม + หัววัดเดี่ยว” เพื่อตรวจจับ “เปลวไฟออกมาจากส่วนใดของแชสซี” หลังจากตรวจพบเปลวไฟ วิธีการปราบปราม EMI ทั่วไปคือการใช้การป้องกันและการกรอง “เปลวไฟ” ถูกปกคลุมอยู่ภายในผลิตภัณฑ์ Emscan ช่วยให้เราสามารถตรวจจับแหล่งที่มาของแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน – “ไฟ” แต่ยังเห็น “ไฟ” อีกด้วย นั่นคือวิธีที่แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแพร่กระจาย

จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าการใช้ “ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์” จะสะดวกมากในการค้นหาแหล่งสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่เพียงแต่สามารถแก้ปัญหาการรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแนร์โรว์แบนด์เท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพสำหรับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบบรอดแบนด์อีกด้วย

วิธีการทั่วไปมีดังนี้:

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

(1) ตรวจสอบการกระจายเชิงพื้นที่ของคลื่นพื้นฐาน และค้นหาตำแหน่งทางกายภาพที่มีแอมพลิจูดมากที่สุดบนแผนที่การกระจายเชิงพื้นที่ของคลื่นพื้นฐาน สำหรับการรบกวนบรอดแบนด์ ให้ระบุความถี่ที่อยู่ตรงกลางของการรบกวนบรอดแบนด์ (เช่น การรบกวนบรอดแบนด์ 60MHz-80MHz เราสามารถระบุ 70MHz) ตรวจสอบการกระจายเชิงพื้นที่ของจุดความถี่ และค้นหาตำแหน่งทางกายภาพที่มีแอมพลิจูดที่ใหญ่ที่สุด

(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) ในหลายกรณี ฮาร์โมนิกบางตัวไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในที่เดียว บางครั้งแม้แต่ฮาร์โมนิกและฮาร์มอนิกแบบคี่ก็ถูกสร้างขึ้นในสถานที่ต่างกัน หรือส่วนประกอบฮาร์มอนิกแต่ละรายการอาจถูกสร้างขึ้นที่ตำแหน่งต่างกัน ในกรณีนี้ คุณสามารถค้นหาตำแหน่งที่มีรังสีรุนแรงที่สุดได้โดยดูที่การกระจายเชิงพื้นที่ของจุดความถี่ที่คุณสนใจ

(4) การใช้มาตรการในสถานที่ที่มีรังสีรุนแรงที่สุดเป็นวิธีแก้ปัญหา EMI/EMC ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย

วิธีการตรวจสอบ EMI ประเภทนี้ที่สามารถติดตาม “แหล่งที่มา” และเส้นทางการแพร่กระจายได้อย่างแท้จริงช่วยให้วิศวกรสามารถขจัดปัญหา EMI ด้วยต้นทุนต่ำสุดและความเร็วที่เร็วที่สุด ในกรณีการวัดจริงของอุปกรณ์สื่อสาร สัญญาณรบกวนที่แผ่ออกมาจากสายเคเบิลโทรศัพท์ หลังจากใช้ EMSCAN เพื่อดำเนินการติดตามและสแกนที่กล่าวไว้ข้างต้น ในที่สุดตัวเก็บประจุตัวกรองอีกสองสามตัวก็ถูกติดตั้งบนบอร์ดโปรเซสเซอร์ ซึ่งช่วยแก้ปัญหา EMI ที่วิศวกรไม่สามารถแก้ไขได้

Quickly locate the circuit fault location

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

ด้วยความซับซ้อนของ PCB ที่เพิ่มขึ้น ความยากและปริมาณงานของการดีบักก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ด้วยออสซิลโลสโคปหรือเครื่องวิเคราะห์ลอจิก สามารถสังเกตเส้นสัญญาณได้เพียงเส้นเดียวหรือจำนวนจำกัดในเวลาเดียวกัน อย่างไรก็ตาม อาจมีสายสัญญาณหลายพันเส้นบน PCB วิศวกรสามารถค้นหาปัญหาได้ด้วยประสบการณ์หรือโชคเท่านั้น ปัญหา.

หากเรามี “ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์” ของบอร์ดปกติและบอร์ดที่ผิดพลาด เราสามารถเปรียบเทียบข้อมูลของทั้งสองเพื่อค้นหาสเปกตรัมความถี่ที่ผิดปกติ จากนั้นใช้ “เทคโนโลยีระบุตำแหน่งแหล่งสัญญาณรบกวน” เพื่อค้นหาตำแหน่งของ สเปกตรัมความถี่ผิดปกติ ค้นหาตำแหน่งและสาเหตุของความล้มเหลว

รูปที่ 5 แสดงสเปกตรัมความถี่ของบอร์ดปกติและบอร์ดที่ผิดพลาด จากการเปรียบเทียบ จะพบว่ามีการรบกวนบรอดแบนด์ที่ผิดปกติบนบอร์ดที่ผิดพลาดได้ง่าย

จากนั้นหาตำแหน่งที่ “สเปกตรัมความถี่ผิดปกติ” นี้สร้างขึ้นบนแผนที่การกระจายเชิงพื้นที่ของบอร์ดที่มีข้อบกพร่อง ดังแสดงในรูปที่ 6 ด้วยวิธีนี้ ตำแหน่งความผิดปกติจะอยู่บนตาราง (7.6 มม. × 7.6 มม.) และ ปัญหาอาจร้ายแรงมาก การวินิจฉัยจะทำในไม่ช้า

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

กรณีการใช้งานเพื่อประเมินคุณภาพการออกแบบ PCB

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

(1) การออกแบบน้ำตกที่เหมาะสม

โดยเฉพาะการจัดวางระนาบพื้นและระนาบกำลัง และการออกแบบชั้นที่มีเส้นสัญญาณที่ละเอียดอ่อนและสายสัญญาณที่สร้างรังสีจำนวนมาก นอกจากนี้ยังมีการแบ่งระนาบพื้นและระนาบกำลัง และการกำหนดเส้นทางของสายสัญญาณข้ามพื้นที่ที่แบ่ง

(2) รักษาอิมพีแดนซ์ของสายสัญญาณให้ต่อเนื่องมากที่สุด

จุดแวะน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ ร่องรอยมุมฉากให้น้อยที่สุด และพื้นที่ส่งคืนกระแสไฟฟ้าที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สามารถผลิตฮาร์โมนิกน้อยลงและความเข้มของการแผ่รังสีต่ำลง

(3) ตัวกรองกำลังดี

ชนิดตัวเก็บประจุตัวกรองที่เหมาะสม ค่าความจุ ปริมาณ และตำแหน่งการจัดวาง รวมถึงการจัดเรียงชั้นที่เหมาะสมของระนาบพื้นและระนาบกำลัง ทำให้มั่นใจได้ว่าสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกควบคุมในพื้นที่ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

(4) พยายามตรวจสอบความสมบูรณ์ของระนาบพื้น

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

จุดแวะน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เหมาะสมโดยเว้นระยะความปลอดภัย การจัดวางอุปกรณ์ที่เหมาะสม สมเหตุสมผลผ่านการจัดเตรียมเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสมบูรณ์ของระนาบภาคพื้นดินในระดับสูงสุด ในทางตรงกันข้าม Vias ที่หนาแน่นและใหญ่เกินไปผ่านระยะห่างด้านความปลอดภัยหรือการจัดวางอุปกรณ์ที่ไม่สมเหตุผล จะส่งผลร้ายแรงต่อความสมบูรณ์ของระนาบพื้นและระนาบกำลังไฟฟ้า ส่งผลให้มีการครอสทอล์คอุปนัยจำนวนมาก การแผ่รังสีโหมดทั่วไป และจะทำให้วงจรเพิ่มเติม ไวต่อการรบกวนจากภายนอก

(5) ค้นหาการประนีประนอมระหว่างความสมบูรณ์ของสัญญาณและความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

บนพื้นฐานของการรับรองการทำงานปกติของอุปกรณ์ ให้เพิ่มเวลาขอบขึ้นและลงของสัญญาณให้มากที่สุดเพื่อลดแอมพลิจูดและจำนวนฮาร์โมนิกของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสัญญาณ ตัวอย่างเช่น คุณต้องเลือกตัวต้านทานลดแรงสั่นสะเทือนที่เหมาะสม วิธีการกรองที่เหมาะสม และอื่นๆ

ในอดีต การใช้ข้อมูลสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสมบูรณ์ที่สร้างโดย PCB สามารถประเมินคุณภาพของการออกแบบ PCB ได้อย่างเป็นวิทยาศาสตร์ การใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์ของ PCB ทำให้คุณภาพการออกแบบของ PCB สามารถประเมินได้จากสี่ด้านต่อไปนี้: 1. จำนวนจุดความถี่: จำนวนฮาร์มอนิก 2. การรบกวนชั่วคราว: การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่เสถียร 3. ความเข้มของการแผ่รังสี: ขนาดของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดความถี่แต่ละจุด 4. พื้นที่การกระจาย: ขนาดของพื้นที่การกระจายของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดความถี่แต่ละจุดบน PCB

ในตัวอย่างต่อไปนี้ บอร์ด A คือการปรับปรุงบอร์ด B แผนผังของบอร์ดทั้งสองและเลย์เอาต์ของส่วนประกอบหลักเหมือนกันทุกประการ ผลลัพธ์ของสเปกตรัม/การสแกนเชิงพื้นที่ของทั้งสองบอร์ดแสดงในรูปที่ 7:

จากสเปกโตรแกรมในรูปที่ 7 จะเห็นได้ว่าคุณภาพของบอร์ด A ดีกว่าบอร์ด B อย่างเห็นได้ชัด เนื่องจาก:

1. จำนวนจุดความถี่ของบอร์ด A นั้นน้อยกว่าบอร์ด B อย่างเห็นได้ชัด

2. แอมพลิจูดของจุดความถี่ส่วนใหญ่ของบอร์ด A นั้นเล็กกว่าของบอร์ด B

3. การรบกวนชั่วคราว (จุดความถี่ที่ไม่ได้ทำเครื่องหมาย) ของบอร์ด A นั้นน้อยกว่าของบอร์ด B

วิธีรับและใช้ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า PCB

จากแผนภาพพื้นที่จะเห็นได้ว่าพื้นที่การกระจายสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดของเพลต A นั้นเล็กกว่าเพลต B มาก ลองดูการกระจายสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดความถี่หนึ่ง พิจารณาจากการกระจายสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดความถี่ 462MHz ที่แสดงในรูปที่ 8 แอมพลิจูดของเพลต A มีขนาดเล็กและพื้นที่มีขนาดเล็ก บอร์ด B มีช่วงกว้างและพื้นที่การกระจายที่กว้างเป็นพิเศษ

สรุปบทความนี้

ข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์ของ PCB ช่วยให้เรามีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับ PCB โดยรวม ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยให้วิศวกรแก้ปัญหา EMI/EMC เท่านั้น แต่ยังช่วยวิศวกรในการดีบัก PCB และปรับปรุงคุณภาพการออกแบบของ PCB อย่างต่อเนื่อง ในทำนองเดียวกัน EMSCAN มีแอปพลิเคชั่นมากมาย เช่น ช่วยวิศวกรแก้ปัญหาความไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และอื่นๆ