Các công cụ gỡ lỗi truyền thống của 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 những phương tiện này không thể phản ánh thông tin tổng thể của dữ liệu bảng PCB. Bài báo này giới thiệu phương pháp thu thập thông tin điện từ đầy đủ của PCB với hệ thống EMSCAN, và mô tả cách sử dụng thông tin này để giúp thiết kế và gỡ lỗi.

EMSCAN cung cấp các chức năng quét quang phổ và không gian. Kết quả của quá trình quét phổ có thể cho chúng ta một ý tưởng chung về phổ do EUT tạo ra: có bao nhiêu thành phần tần số và biên độ gần đúng của mỗi thành phần tần số là bao nhiêu. Kết quả của quá trình quét không gian là một bản đồ địa hình với màu sắc thể hiện biên độ cho một điểm tần số. Chúng ta có thể thấy sự phân bố trường điện từ động của một điểm tần số nhất định do PCB tạo ra trong thời gian thực.

“Nguồn nhiễu” cũng có thể được xác định bằng cách sử dụng máy phân tích phổ và một đầu dò trường gần. Ở đây dùng phương pháp “chữa cháy” để thực hiện một phép ẩn dụ, có thể so sánh thử nghiệm trường xa (thử nghiệm tiêu chuẩn EMC) để “phát hiện ra đám cháy”, nếu có điểm tần số vượt quá giới hạn thì coi như “tìm thấy đám cháy ”. Sơ đồ “Máy phân tích phổ + đầu dò đơn” truyền thống thường được các kỹ sư EMI sử dụng để phát hiện ngọn lửa đang thoát ra từ phần nào của khung máy. Khi phát hiện ra ngọn lửa, việc triệt tiêu EMI thường được thực hiện bằng cách che chắn và lọc để che ngọn lửa bên trong sản phẩm. EMSCAN cho phép chúng tôi phát hiện nguồn gây nhiễu, “tiếng sét” cũng như “ngọn lửa”, là đường lan truyền của nhiễu. Khi EMSCAN được sử dụng để kiểm tra sự cố EMI của toàn hệ thống, quy trình truy tìm từ ngọn lửa sang ngọn lửa thường được áp dụng. Ví dụ: trước tiên, hãy quét khung máy hoặc cáp để kiểm tra xem nhiễu đến từ đâu, sau đó theo dõi bên trong sản phẩm, PCB nào đang gây ra nhiễu, sau đó theo dõi thiết bị hoặc hệ thống dây điện.

Phương pháp chung như sau:

(1) Xác định nhanh các nguồn gây nhiễu điện từ. Nhìn vào sự phân bố trong không gian của sóng cơ bản và tìm vị trí vật lý có biên độ lớn nhất trên sự phân bố trong không gian của sóng cơ bản. Đối với nhiễu băng thông rộng, hãy chỉ định một tần số ở giữa nhiễu băng rộng (chẳng hạn như nhiễu băng rộng 60MhZ-80mhz, chúng ta có thể chỉ định 70MHz), kiểm tra sự phân bố không gian của điểm tần số này, tìm vị trí vật lý có biên độ lớn nhất.

(2) Chỉ định vị trí và xem bản đồ quang phổ của vị trí. Kiểm tra biên độ của mỗi điểm dao động điều hòa tại vị trí đó có trùng với tổng phổ hay không. Nếu chồng lên nhau, điều đó có nghĩa là vị trí được chỉ định là nơi mạnh nhất để tạo ra những nhiễu động này. Đối với nhiễu băng thông rộng, hãy kiểm tra xem vị trí này 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 cùng 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 bức xạ mạnh nhất bằng cách xem xét sự phân bố không gian của các điểm tần số mà bạn quan tâm.

(4) Chắc chắn là hiệu quả nhất để giải quyết các vấn đề về EMI / EMC bằng cách thực hiện các biện pháp ở nơi có bức xạ mạnh nhất.

Phương pháp phát hiện EMI này, có thể thực sự theo dõi “nguồn” và lộ trình lan truyền, cho phép các kỹ sư khắc phục sự cố EMI với chi phí thấp nhất và nhanh nhất. Trong trường hợp của một thiết bị thông tin liên lạc, nơi bức xạ phát ra từ cáp điện thoại, rõ ràng việc thêm lớp che chắn hoặc bộ lọc cho cáp là không khả thi, khiến các kỹ sư bất lực. Sau khi EMSCAN được sử dụng để thực hiện việc theo dõi và quét nói trên, một vài nhân dân tệ nữa đã được chi vào bo mạch xử lý và một số tụ lọc nữa đã được lắp đặt, giải quyết vấn đề EMI mà các kỹ sư không thể giải quyết trước đây. Định vị nhanh vị trí lỗi mạch Hình 5: Sơ đồ phổ của board thường và board sự cố.

Khi độ phức tạp của PCB tăng lên, độ khó và khối lượng công việc gỡ lỗi cũng tăng lên. Với máy hiện sóng hoặc máy phân tích logic, mỗi lần chỉ có thể quan sát một hoặc một số đường tín hiệu hạn chế, trong khi ngày nay có thể có hàng nghìn đường tín hiệu trên PCB và các kỹ sư phải dựa vào kinh nghiệm hoặc sự may mắn để tìm ra vấn đề. Nếu chúng tôi có “thông tin điện từ đầy đủ” của bảng bình thường và bảng bị lỗi, chúng tôi có thể tìm thấy phổ tần số bất thường bằng cách so sánh hai dữ liệu, sau đó sử dụng “công nghệ định vị nguồn gây nhiễu” để tìm ra vị trí của tần số bất thường và sau đó chúng tôi có thể nhanh chóng tìm ra vị trí và nguyên nhân của lỗi. Sau đó, vị trí của “phổ bất thường” được tìm thấy trên bản đồ phân bố không gian của mảng đứt gãy, như được thể hiện trong Hình 6. Bằng cách này, vị trí lỗi được định vị theo lưới (7.6mm × 7.6mm) và vấn đề có thể được chẩn đoán nhanh chóng. Hình 6: Tìm vị trí của “phổ bất thường” trên bản đồ phân bố không gian của mảng đứt gãy.

Tóm tắt bài viết này

Thông tin điện từ hoàn chỉnh của PCB, có thể cho chúng ta hiểu rất trực quan về toàn bộ PCB, không chỉ giúp các kỹ sư giải quyết các vấn đề về EMI / EMC, mà còn giúp các kỹ sư gỡ lỗi PCB và không ngừng nâng cao chất lượng thiết kế của PCB. EMSCAN cũng có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như giúp các kỹ sư giải quyết các vấn đề về độ nhạy điện từ.