Các công cụ truyền thống để gỡ lỗi PCB bao gồm: máy hiện sóng miền thời gian, máy hiện sóng TDR (máy đo phản xạ miền thời gian), máy phân tích logic và máy phân tích phổ miền tần số và các thiết bị khác, nhưng các phương pháp này không thể phản ánh thông tin tổng thể của bảng PCB. dữ liệu. Bảng mạch PCB còn được gọi là bảng mạch in, bảng mạch in, bảng mạch in, viết tắt là PCB (bảng mạch in) hoặc PWB (bảng dây in), sử dụng bảng cách điện làm vật liệu cơ bản, được cắt thành một kích thước nhất định, và ít nhất được gắn Một mẫu dẫn điện có các lỗ (chẳng hạn như lỗ linh kiện, lỗ buộc, lỗ kim loại, v.v.) được sử dụng để thay thế khung của các thành phần điện tử của thiết bị trước đó và nhận ra sự liên kết giữa các thành phần điện tử. Bởi vì bảng này được làm bằng cách in điện tử, nó được gọi là bảng mạch “in”. Gọi “bảng mạch in” là “mạch in” là không chính xác vì không có “thành phần in” mà chỉ có hệ thống dây điện trên bảng mạch in.

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Hệ thống quét tương thích điện từ Emscan sử dụng công nghệ ăng ten mảng và công nghệ chuyển mạch điện tử đã được cấp bằng sáng chế, có thể đo dòng điện của PCB ở tốc độ cao. Chìa khóa của Emscan là việc sử dụng một ăng-ten mảng đã được cấp bằng sáng chế để đo bức xạ trường gần của PCB đang hoạt động được đặt trên máy quét. Mảng ăng-ten này bao gồm các đầu dò trường H nhỏ 40 x 32 (1280), được nhúng trong bảng mạch 8 lớp và một lớp bảo vệ được thêm vào bảng mạch để đặt PCB được kiểm tra. Kết quả của quá trình quét phổ có thể cho chúng ta hiểu sơ bộ về phổ do EUT tạo ra: có bao nhiêu thành phần tần số và độ lớn gần đúng của mỗi thành phần tần số.

Quét toàn dải

Việc thiết kế bảng mạch PCB dựa trên sơ đồ mạch điện để thực hiện các chức năng theo yêu cầu của nhà thiết kế mạch. Thiết kế của bảng mạch in chủ yếu đề cập đến thiết kế bố trí, cần phải xem xét các yếu tố khác nhau như bố trí các kết nối bên ngoài, bố trí tối ưu hóa các thành phần điện tử bên trong, bố trí tối ưu hóa các kết nối kim loại và thông qua các lỗ, bảo vệ điện từ, và tản nhiệt. Thiết kế bố trí tuyệt vời có thể tiết kiệm chi phí sản xuất và đạt được hiệu suất mạch và hiệu suất tản nhiệt tốt. Thiết kế bố cục đơn giản có thể được thực hiện bằng tay, trong khi thiết kế bố cục phức tạp cần được thực hiện với sự hỗ trợ của thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính.

Khi thực hiện chức năng quét phổ / không gian, hãy đặt PCB đang hoạt động trên máy quét. PCB được chia thành các lưới 7.6mm × 7.6mm bởi lưới của máy quét (mỗi lưới chứa một đầu dò trường H), và thực thi Sau khi quét toàn bộ dải tần của mỗi đầu dò (dải tần có thể từ 10kHz-3GHz) , Emscan cuối cùng đưa ra hai bức ảnh, đó là bản đồ quang phổ tổng hợp (Hình 1) và bản đồ không gian tổng hợp (Hình 2).

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Quét phổ / không gian thu được tất cả dữ liệu phổ của mỗi đầu dò trong toàn bộ khu vực quét. Sau khi thực hiện quét phổ / không gian, bạn có thể nhận được thông tin bức xạ điện từ của tất cả các tần số ở tất cả các vị trí không gian. Bạn có thể hình dung dữ liệu quét phổ / không gian trong Hình 1 và Hình 2 là một nhóm dữ liệu quét không gian hoặc một loạt phổ Quét dữ liệu. bạn có thể:

1. Xem bản đồ phân bố không gian của điểm tần số xác định (một hoặc nhiều tần số) giống như xem kết quả quét không gian, như trong Hình 3.

2. Xem phổ của điểm vị trí vật lý được chỉ định (một hoặc nhiều lưới) giống như xem kết quả quét phổ.

Các biểu đồ phân bố không gian khác nhau trong Hình 3 là các biểu đồ bụng không gian của các điểm tần số được xem qua các điểm tần số được chỉ định. Nó thu được bằng cách xác định điểm tần số với × trong biểu đồ quang phổ trên cùng trong hình. Bạn có thể chỉ định một điểm tần số để xem phân bố không gian của mỗi điểm tần số, hoặc bạn có thể chỉ định nhiều điểm tần số, ví dụ, chỉ định tất cả các điểm hài của 83M để xem tổng phổ.

Trong quang phổ ở Hình 4, phần màu xám là tổng phổ, và phần màu xanh lam là hình phổ ở vị trí xác định. Bằng cách chỉ định vị trí vật lý trên PCB với ×, so sánh quang phổ (xanh lam) và tổng phổ (xám) được tạo ra tại vị trí đó, vị trí của nguồn nhiễu được tìm thấy. Hình 4 có thể thấy rằng phương pháp này có thể nhanh chóng tìm ra vị trí của nguồn nhiễu đối với cả nhiễu băng rộng và nhiễu băng hẹp.

Xác định nhanh nguồn gây nhiễu điện từ

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Máy phân tích phổ là một công cụ để nghiên cứu cấu trúc phổ của tín hiệu điện. Nó được sử dụng để đo độ méo tín hiệu, điều chế, độ tinh khiết phổ, độ ổn định tần số và độ méo xuyên điều chế. Nó có thể được sử dụng để đo các hệ thống mạch nhất định như bộ khuếch đại và bộ lọc. Tham số là một dụng cụ đo lường điện tử đa năng. Nó cũng có thể được gọi là máy hiện sóng miền tần số, máy hiện sóng theo dõi, máy hiện sóng phân tích, máy phân tích sóng hài, máy phân tích đặc tính tần số hoặc máy phân tích Fourier. Máy phân tích phổ hiện đại có thể hiển thị kết quả phân tích theo cách tương tự hoặc kỹ thuật số, và có thể phân tích tín hiệu điện trong tất cả các dải tần số vô tuyến từ tần số rất thấp đến dải sóng dưới milimét dưới 1 Hz.

Sử dụng máy phân tích quang phổ và một đầu dò trường gần duy nhất cũng có thể xác định được “nguồn gây nhiễu”. Ở đây chúng tôi sử dụng phương pháp “dập lửa” như một phép ẩn dụ. Thử nghiệm trường xa (thử nghiệm tiêu chuẩn EMC) có thể được so sánh với “phát hiện lửa”. Nếu một điểm tần số vượt quá giá trị giới hạn, thì nó được coi là “một đám cháy đã được tìm thấy”. Giải pháp “máy phân tích quang phổ + đầu dò đơn” truyền thống thường được các kỹ sư EMI sử dụng để phát hiện “ngọn lửa phát ra từ phần nào của khung gầm”. Sau khi ngọn lửa được phát hiện, phương pháp triệt tiêu EMI chung là sử dụng biện pháp che chắn và lọc. “Ngọn lửa” được bao phủ bên trong sản phẩm. Emscan cho phép chúng tôi phát hiện nguồn gây nhiễu – “ngọn lửa”, nhưng cũng để xem “ngọn lửa”, tức là cách thức lan truyền của nguồn nhiễu.

Có thể thấy rõ rằng sử dụng “thông tin điện từ đầy đủ”, việc xác định vị trí các nguồn gây nhiễu điện từ rất thuận tiện, không chỉ giải quyết được vấn đề nhiễu điện từ băng hẹp mà còn có hiệu quả đối với nhiễu điện từ băng rộng.

Phương pháp chung như sau:

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

(1) Kiểm tra sự phân bố trong không gian của sóng cơ bản và tìm vị trí vật lý có biên độ lớn nhất trên bản đồ phân bố không gian của sóng cơ bản. Đối với nhiễu băng thông rộng, hãy chỉ định một tần số ở giữa nhiễu băng rộng (ví dụ: nhiễu băng rộng 60MHz-80MHz, chúng tôi có thể chỉ định 70MHz), kiểm tra phân bố không gian của điểm tần số và tìm vị trí thực có biên độ lớn nhất.

(2) Chỉ định vị trí và xem ảnh quang phổ của vị trí. Kiểm tra xem biên độ của mỗi điểm điều hòa tại vị trí này có trùng với biểu đồ phổ tổng hay không. Nếu chúng chồng lên nhau, có nghĩa là vị trí được chỉ định là nơi mạnh nhất tạo ra những nhiễu này. Đối với nhiễu băng thông rộng, hãy kiểm tra xem vị trí có phải là vị trí tối đa của toàn bộ nhiễu băng rộng hay không.

(3) Trong nhiều trường hợp, không phải tất cả các sóng hài đều được tạo ra tại một vị trí. Đôi khi sóng hài chẵn và sóng hài lẻ được tạo ra ở các vị trí khác nhau, hoặc mỗi thành phần sóng hài có thể được tạo ra ở các vị trí khác nhau. Trong trường hợp này, bạn có thể tìm thấy vị trí có bức xạ mạnh nhất bằng cách xem xét sự phân bố không gian của các điểm tần số mà bạn quan tâm.

(4) Thực hiện các biện pháp ở những nơi có bức xạ mạnh nhất chắc chắn là giải pháp hiệu quả nhất cho các vấn đề về EMI / EMC.

Loại phương pháp điều tra EMI này có thể thực sự theo dõi “nguồn” và đường lan truyền cho phép các kỹ sư loại bỏ các vấn đề về EMI với chi phí thấp nhất và tốc độ nhanh nhất. Trong trường hợp đo thực tế của thiết bị liên lạc, nhiễu bức xạ phát ra từ cáp đường dây điện thoại. Sau khi sử dụng EMSCAN để thực hiện theo dõi và quét nói trên, một vài tụ lọc nữa cuối cùng đã được lắp đặt trên bo mạch vi xử lý, giải quyết vấn đề EMI mà kỹ sư không thể giải quyết.

Nhanh chóng xác định vị trí lỗi mạch

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Với sự gia tăng độ phức tạp của PCB, độ khó và khối lượng công việc gỡ lỗi cũng ngày càng tăng. Với máy hiện sóng hoặc máy phân tích logic, chỉ có thể quan sát một hoặc một số giới hạn các đường tín hiệu cùng một lúc. Tuy nhiên, có thể có hàng nghìn đường tín hiệu trên PCB. Các kỹ sư chỉ có thể tìm ra vấn đề bằng kinh nghiệm hoặc may mắn. Vấn đề.

Nếu chúng tôi có “thông tin điện từ đầy đủ” của bảng bình thường và bảng bị lỗi, chúng tôi có thể so sánh dữ liệu của cả hai để tìm phổ tần số bất thường, sau đó sử dụng “công nghệ định vị nguồn gây nhiễu” để tìm ra vị trí của phổ tần số bất thường. Tìm vị trí và nguyên nhân hỏng hóc.

Hình 5 cho thấy phổ tần số của bảng bình thường và bảng bị lỗi. Qua so sánh, có thể dễ dàng nhận thấy rằng có một sự can thiệp băng thông rộng bất thường trên bo mạch bị lỗi.

Sau đó, tìm vị trí mà “phổ tần số bất thường” này được tạo ra trên bản đồ phân bố không gian của bảng bị lỗi, như trong Hình 6. Bằng cách này, vị trí lỗi nằm trên lưới (7.6mm x 7.6mm), và vấn đề có thể rất nghiêm trọng. Chẩn đoán sẽ sớm được đưa ra.

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Các trường hợp ứng dụng để đánh giá chất lượng thiết kế PCB

Một PCB tốt cần phải được thiết kế cẩn thận bởi một kỹ sư. Các vấn đề cần được xem xét bao gồm:

(1) Thiết kế xếp tầng hợp lý

Đặc biệt là việc bố trí mặt phẳng nền và mặt phẳng công suất, và thiết kế lớp đặt các đường tín hiệu nhạy cảm và các đường tín hiệu tạo ra nhiều bức xạ. Ngoài ra còn có sự phân chia của mặt phẳng mặt đất và mặt phẳng công suất, và định tuyến các đường tín hiệu trên khu vực được phân chia.

(2) Giữ trở kháng đường tín hiệu liên tục nhất có thể

Càng ít vias càng tốt; càng ít dấu vết góc phải càng tốt; và vùng trở lại dòng điện càng nhỏ càng tốt, nó có thể tạo ra ít sóng hài hơn và cường độ bức xạ thấp hơn.

(3) Bộ lọc điện tốt

Loại tụ lọc hợp lý, giá trị điện dung, số lượng và vị trí đặt, cũng như sự sắp xếp hợp lý giữa mặt đất và mặt phẳng nguồn, có thể đảm bảo rằng nhiễu điện từ được kiểm soát trong khu vực nhỏ nhất có thể.

(4) Cố gắng đảm bảo tính toàn vẹn của mặt đất

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Càng ít vias càng tốt; hợp lý thông qua khoảng cách an toàn; bố trí thiết bị hợp lý; hợp lý thông qua sự sắp xếp để đảm bảo tính toàn vẹn của mặt đất ở mức độ lớn nhất. Ngược lại, vias dày đặc và quá lớn thông qua khoảng cách an toàn, hoặc bố trí thiết bị không hợp lý, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính toàn vẹn của mặt đất và mặt phẳng nguồn, dẫn đến một lượng lớn nhiễu xuyên âm cảm ứng, bức xạ chế độ chung, và sẽ gây ra mạch nhiều hơn nhạy cảm với sự can thiệp từ bên ngoài.

(5) Tìm sự thỏa hiệp giữa tính toàn vẹn của tín hiệu và khả năng tương thích điện từ

Trên cơ sở đảm bảo chức năng bình thường của thiết bị, tăng thời gian cạnh lên và xuống của tín hiệu càng nhiều càng tốt để giảm biên độ và số lượng hài của bức xạ điện từ do tín hiệu tạo ra. Ví dụ, bạn cần chọn một điện trở giảm chấn phù hợp, một phương pháp lọc phù hợp, v.v.

Trước đây, việc sử dụng thông tin trường điện từ đầy đủ do PCB tạo ra có thể đánh giá một cách khoa học chất lượng của thiết kế PCB. Sử dụng thông tin điện từ đầy đủ của PCB, chất lượng thiết kế của PCB có thể được đánh giá từ bốn khía cạnh sau: 1. Số điểm tần số: số lượng sóng hài. 2. Nhiễu quá độ: nhiễu điện từ không ổn định. 3. Cường độ bức xạ: độ lớn của giao thoa điện từ tại mỗi điểm tần số. 4. Vùng phân bố: kích thước của vùng phân bố của nhiễu điện từ tại mỗi điểm tần số trên PCB.

Trong ví dụ sau, bảng A là sự cải tiến của bảng B. Sơ đồ nguyên lý của hai bo mạch và cách bố trí các thành phần chính hoàn toàn giống nhau. Kết quả quét phổ / không gian của hai bảng được thể hiện trong Hình 7:

Từ biểu đồ quang phổ trong Hình 7, có thể thấy rằng chất lượng của bảng A rõ ràng là tốt hơn so với bảng B, bởi vì:

1. Số điểm tần số của bảng A hiển nhiên ít hơn số điểm của bảng B;

2. Biên độ của hầu hết các điểm tần số của bảng A nhỏ hơn biên độ của bảng B;

3. Giao thoa thoáng qua (tần số điểm không được đánh dấu) của bảng A nhỏ hơn giao thoa của bảng B.

Cách lấy và áp dụng thông tin điện từ PCB

Từ giản đồ không gian có thể thấy rằng tổng diện tích phân bố giao thoa điện từ của tấm A nhỏ hơn nhiều so với của tấm B. Hãy xem xét sự phân bố nhiễu điện từ tại một điểm tần số nhất định. Xét sự phân bố giao thoa điện từ tại điểm có tần số 462MHz cho trên hình 8, ta thấy biên độ của bản A nhỏ và diện tích nhỏ. Ban B có phạm vi rộng và vùng phân bố đặc biệt rộng.

Tóm tắt bài viết này

Thông tin điện từ đầy đủ của PCB cho phép chúng ta hiểu rất trực quan về PCB tổng thể, điều này không chỉ giúp các kỹ sư giải quyết các vấn đề về EMI / EMC mà còn giúp các kỹ sư gỡ lỗi PCB và liên tục cải thiện chất lượng thiết kế của PCB. Tương tự, có rất nhiều ứng dụng của EMSCAN, chẳng hạn như giúp các kỹ sư giải quyết các vấn đề về tính nhạy cảm điện từ, v.v.