Технология PCB - Применение технологии автоматического сканирования в высокоскоростных PCB

Тестирование на электромагнитную совместимость является очень важным тестом для электроники, которая собирается выйти на рынок, но предыдущие тесты могут получить только результаты того, могут ли они пройти или нет, и не могут предоставить более полезную информацию. В этой статье описывается использование высокоскоростной технологии автоматического сканирования для измерения электромагнитного излучения и обнаружения изменений электромагнитного поля на PCB, чтобы инженеры и техники PCB могли обнаружить проблемы и своевременно исправить их, прежде чем проводить стандартные испытания электромагнитной совместимости.

В настоящее время большинство инженеров по оборудованию используют только опыт для проектирования PCB. Во время отладки многие сигнальные линии или чипы, которые необходимо наблюдать, захоронены в промежуточном слое PCB и не могут быть обнаружены с помощью таких инструментов, как осциллограф. Если функциональный тест продукта не удался, у них также нет эффективного способа выяснить причину проблемы. Если вы хотите проверить EMC - характеристики продукта, вы можете принести его только в стандартную измерительную комнату электромагнитной совместимости для измерения. Поскольку такое измерение может измерять только внешнее излучение продукта, даже если оно не прошло, оно не может предоставить полезную информацию для решения проблемы. Поэтому инженеры могут изменять PCB только на основе опыта и повторять тесты. Этот метод тестирования очень дорогой и может задержать выход продукта на рынок.

Конечно, есть много высокоскоростных инструментов для анализа PCB и моделирования, которые могут помочь инженерам решить некоторые проблемы, но есть много ограничений в моделях устройств. Например, модель IBIS, которая может решить симуляцию целостности сигнала (SI), имеет много устройств без модели. Или модель неточна. Для точного моделирования проблем ЭМС необходимо использовать модель SPICE, но в настоящее время почти все ASIC не могут предоставить модель SPICE. Без модели SPICE моделирование ЭМС не может учитывать излучение устройства (излучение устройства выше, чем излучение линии передачи).

Мы знаем, что путь возврата высокочастотного сигнала в многослойном PCB должен быть на опорной плоскости заземления (силовой слой или заземленный слой), прилегающей к сигнальному слою, так что возвращаемый поток и сопротивление будут минимальными, но в реальном заземлении или слое питания будут возникать расколы и пустоты, которые изменят путь возврата, что приведет к увеличению площади возврата, вызывая электромагнитное излучение и шум отскока от заземления. Если инженеры могут понять путь тока, они могут избежать больших обратных путей и эффективно контролировать электромагнитное излучение. Однако путь возврата сигнала определяется многими факторами, такими как проводка линии сигнала, структура распределения питания и заземления PCB, точка питания, развязывающие конденсаторы, размещение и количество устройств. Поэтому теоретически трудно определить путь возвращения сложной системы.

техника измерения с помощью высокоскоростного сканирования электромагнитного поля

Среди различных методов измерения электромагнитного излучения есть метод сканирования ближнего поля, который может решить эту проблему. Этот метод основан на принципе формирования электромагнитного излучения высокочастотными токовыми кольцами на измеренных устройствах (DUT). Например, канадская компания EMSCAN.

Система сканирования электромагнитного излучения Emscan основана на этом принципе. Он использует H - массивный зонд (32 * 40 = 1280 зондов) для обнаружения тока на DUT. Во время измерения DUT размещается непосредственно на сканере. Эти зонды могут обнаруживать изменения электромагнитного поля, вызванные изменениями высокочастотного тока, и система может предоставлять визуальные изображения пространственного распределения радиочастотного тока на PCB

Электромагнитно - совместимая сканирующая система Emscan широко используется в таких отраслях промышленности, как связь, автомобили, офисная техника и потребительская электроника. С помощью диаграммы плотности тока, предоставляемой системой, инженеры могут найти области с проблемами EMI до проведения стандартных испытаний электромагнитной совместимости. Принять соответствующие меры.

Измерения Emscan, основанные на принципе сканирования ближнего поля, в основном проводятся в активных ближних полях (r < мко] / 2 π). Большая часть излучаемых DUT сигналов связана с магнитным зондом, и небольшое количество энергии распространяется в свободное пространство. Магнитный зонд, провод магнитного потока, близкий к полю H, связан с током на PCB и получает некоторую долю следа вблизи поля E.

Источники тока низкого напряжения большого тока в основном связаны с магнитным полем, в то время как источники низкого напряжения высокого давления в основном связаны с электрическим полем. На ПХБ очень редко встречаются чистые электрические или магнитные поля. В радиочастотных и микроволновых схемах входное сопротивление схемы и микрополосные или микрополосные линии, используемые для соединения, рассчитаны на сопротивление 50 Ом. Эта конструкция с низким сопротивлением позволяет этим компонентам генерировать изменения большого тока и низкого напряжения. Кроме того, тенденция цифровых схем заключается в использовании логических устройств с более низкой разностью напряжений, а сопротивление волн магнитного поля в активной ближней области намного меньше, чем сопротивление волн электрического поля. В сочетании с этими факторами большая часть энергии активного ближнего поля PCB содержится в ближнем магнитном поле, поэтому контуры магнитного поля, используемые в сканирующей системе Emscan, подходят для диагностики ближнего поля этих PCB.

Все кольца одинаковы, но они находятся в разных местах в сетях обратной связи, поэтому сети обратной связи могут воспринимать реакцию каждого кольца и измерять реакцию каждого кольца на эталонный источник, рассматривая его как передаточную функцию фильтра. Для обеспечения линейности измерений Emscan измеряет обратный отсчет передающей функции.

Благодаря использованию массивных антенн и электронных технологий автоматического переключения антенн скорость измерения значительно ускоряется, в тысячи раз быстрее, чем ручное решение для измерения с одним зондом, и в сотни раз быстрее, чем автоматическое решение для измерения с одним зондом, что позволяет быстро и эффективно определять эффект изменения передней и задней цепей. Технология быстрого сканирования и ее передовые технологии амплитудного сканирования и синхронного сканирования позволяют системе эффективно захватывать переходные события. В то же время он использует технологию, которая улучшает точность измерений спектрального анализатора, повышая точность и повторяемость измерений.

PCB Методы измерения для оценки радиопомех в ближнем поле

Проверка радиационных помех PCB может проводиться в несколько этапов. Сначала определите область для сканирования, затем выберите зонд (сетка 7,5 мм), который может полностью отобрать область сканирования для спектрального сканирования в диапазоне частот от 00 кГц до 3 ГГц и хранить максимальный уровень каждой точки частоты. Обратите внимание, что использование пространственного сканирования позволяет дополнительно проверять относительно большие частотные точки в области сканирования, что позволяет определять источники помех и критические пути цепи.

Измеренная пластина должна быть как можно ближе к сканирующей пластине, так как с увеличением расстояния получаемое отношение сигнала и шума уменьшается, и возникает эффект « разделения». В реальных измерениях это расстояние должно быть меньше 1,5 см Мы видим, что измерение поверхности элемента может иногда приводить к проблемам измерения из - за высоты элемента, поэтому необходимо учитывать высоту элемента для коррекции измеренного уровня напряжения. При базовой проверке необходимо учитывать коэффициент коррекции расстояния.

Мы можем быстро получить результаты измерений, но эти результаты не могут определить, соответствует ли продукт характеристикам EMC, поскольку измерения представляют собой электромагнитное ближнее поле, создаваемое высокочастотным током на панели PCB. Стандартные испытания EMC должны проводиться на открытых площадках (OATS) или в темной комнате на расстоянии 3 метров (т. е. в дальнем поле).

Хотя измерения Emscan не могут заменить стандартный тест EMC, практика доказала, что он имеет много применений. Анализ результатов измерений позволяет сделать много выводов для содействия последующей разработке продукта. В дополнение к получению уровня напряжения очень важна следующая информация: точка генерации помех, распределение помех, покрытие большой площади пути передачи помех, узкая область помех, ограниченная PCB, связь между внутренней структурой или соседним модулем I / O и т. Д. Также можно увидеть эффект разделения цифровой схемы и аналоговой схемы.

Эти измерения могут использоваться в качестве стандарта для оценки качества проектирования PCB. Кроме того, если мы уже знаем характеристики EMC, подобные PCB, мы можем дать относительно надежную оценку характеристик EMC на ранних этапах разработки продукта, например, следует ли использовать экран. Средства и т.д.