、TDR(时域反射测量法)示波器、逻辑分析仪,以及频域的频谱分析仪等设备,但是这些手段都无法给出一个反映PCB板整体的数据。PCB板又称印刷电路板、印刷线路板,简称印制板,英文简称PCB(printed circuit board )或PWB(printed wiring board),以绝缘板为基材,切成一定尺寸,其上至少附有一个导电图形,并布有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等),用来代替以往装置
由于这种板是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的,因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。
Ems扫描系统采用了具有的阵列天线技术和电子切换技术,能对PCB的电流进行高速测量。
Emscan的关键是采用了具有的阵列天线来测量放在扫描器上的工作着的PCB的近场辐射。这个天线) 个小型H-场探头组成,这些探头被嵌在一个8层电路板中,在该电路板上加上了一层保护层以放置被测PCB。
频谱扫描的结果能让我们对EUT产生的频谱有一个大致的认识:有多少个频率分量,每个频率分量的幅度大致是多少。
PCB板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要仔细考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种各样的因素。的版图设计能节约生产所带来的成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计实现。
在执行频谱/空间扫描功能时,把工作着的PCB放置到扫描器上,PCB被扫描器的栅格划分为7.6mm×7.6mm的小格(每个小格含有一个H场探头),执行对每个探头的全频段扫描(频率范围可以从10kHz-3GHz)后,Emscan终给出两张图,分别为合成频谱图(图1)和合成空间图(图2)。
频谱/空间扫描获得的是整个扫描区域内每个探头的全部频谱数据。执行频谱/空间扫描后就能够获得所有空间位置的所有频率的电磁辐射信息,你可以将图1和图2的频谱/空间扫描数据想象为一堆空间扫描数据,也能想象为一堆频谱扫描数据。你可以:
1. 像查看空间扫描结果一样,查看指定频率点(一个或多个频率)的空间分布图,如图3所示。
2. 像查看频谱扫描结果一样,查看指定物理位置点(一个或多个栅格)的频谱图,如图4所示。
图3的各个空间分布图,是通过指定频率点来看该频率点的空间腹部图。通过在图中上面的频谱图中用×指定频率点后得到的。可以指定一个频率点查看每个频率点的空间分布,也可以指定多个频率点,例如指定83M的所有谐波点,查看总的频谱图。
图4的频谱图中,灰色部分是总频谱图,蓝色部分为指定位置的频谱图。是通过用×指定PCB上的物理位置,对比该位置产生的频谱图(蓝色)和总频谱图(灰色),找到干扰源的位置。从图4能够准确的看出,这种方法对宽带干扰和窄带干扰,都能很快地找到干扰源的位置。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。
它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。
利用频谱分析仪和单个的近场探头,也能定位“干扰源”。这里用“灭火”的方法来进行一个比喻,可以把远场测试(EMC标准测试)比喻为“检测火灾”,如果有频率点超出极限值,就认为是“发现了火灾”。
传统的“频谱分析仪+单探头”方案,一般是由EMI工程师使用,来探测“火苗从机箱的哪个部位窜出来”,检测到火苗后,一般的EMI抑制办法是用屏蔽和滤波,把“火苗”捂在产品内部。
EMSCAN能让我们检测到干扰源的源头--“火种”,还能看清“火势”,即干扰源的传播途径。
由图4可以很明显地看出,利用“完整电磁信息”,定位电磁干扰源是十分便捷的,不仅能解决窄带电磁干扰问题,对宽带电磁干扰问题同样有效。
(1)查看基波的空间分布,在基波的空间分布图上找到幅度的物理位置。对于宽带干扰,则在宽带干扰的中间指定一个频率(例如一个60MHz-80MHz的宽带干扰,我们大家可以指定70MHz),检查该频率点的空间分布,找到幅度的物理位置。
(2) 指定该位置,看该位置的频谱图。检查该位置的各个谐波点的幅度是否与总频谱图重合。如果重合,则说明指定位置是产生这些干扰的强的地方。对于宽带干扰,则检查该位置是否为整个宽带干扰的位置。
(3) 在很多情况下,不是所有谐波都产生在一个位置,有时偶次谐波与奇次谐波在不同的位置产生,也有一定的可能各个谐波分量在各个不同的位置产生。这种情况下,能够最终靠查看你所关心的频率点的空间分布,找到辐射强的位置。
这种真正能追踪到“源头”和传播途径的EMI排查方法,能让工程师以的成本和快的速度排除EMI问题。在一个通信设施的实测中,辐射干扰从电话线电缆中辐射出来。用EMSCAN进行上述追踪扫描后,终在处理机板上,多装了几个滤波电容,解决了工程师原来没有办法解决的EMI问题。
随着PCB复杂程度的增加,调试的难度和工作量也持续不断的增加。利用示波器或者逻辑分析仪,同时只能观察到1个或者有限的几个信号线的波形,而现在的PCB上可能有成千上万条信号线,工程师只能凭经验或者运气来找到问题的所在问题。
如果我们有了正常板和故障板的“完整电磁信息”,通过对比两者的数据,发现异常的频谱,再采用“干扰源定位技术”,把异常频谱的产生位置找出来,就能很快找到故障的位置及原因。
图5为正常板和故障板的频谱图,通过对比,很容易发现故障板上存在一个异常的宽带干扰。
然后在故障板的空间分布图上去找产生这个“异常频谱”的位置,如图6所示,这样,故障位置就被定位到一个栅格(7.6mm×7.6mm)的位置,问题就能很快确诊。
特别是地平面和电源平面的安排,以及敏感信号线及产生大量辐射的信号线所在层的设计。还有地平面、电源平面的分割,以及跨越分割区域的信号线) 保持尽可能连续的信号线阻抗
尽可能少的过孔;尽可能少的直角走线;以及尽可能小的电流回流面积,可以产生较少的谐波及较低的辐射强度。
合理的滤波电容的类型、容值、数量、及放置位置,以及合理的地平面和电源平面的层叠安排,能保证电磁干扰被控制在尽可能小的区域。
尽可能少的过孔;合理的过孔安全间距;合理的器件布局;合理的过孔安排,来保证地平面的完整性。相反,密集的过孔以及过大的过孔安全间距,或者是不合理的器件布局,会严重影响地平面以及电源平面的完整性,由此产生大量的感性串扰、共模辐射,并会使电路对外界干扰更敏感。
在保证设备功能正常的前提下,尽可能增加信号的上升沿和下降沿时间,减少信号产生的电磁辐射的幅度和谐波数量。例如要选择合适的阻尼
、合适的滤波手段等。以前,利用PCB产生的完整的电磁场信息,能对PCB设计质量进行科学的评价。利用PCB的完整的电磁信息,可以从如下四个方面来评估PCB的设计质量:1. 频率点数量:即谐波数量。2. 瞬态干扰:不稳定的电磁干扰。3. 辐射强度:各个频率点电磁干扰的幅度大小。4. 分布区域:各个频率点的电磁干扰在PCB上的分布区域的大小。
下面的例子中,A板是B板的改进。两块板的原理图以及主要器件的布局完全一致。两块板的频谱/空间扫描的结果见图7:
从空间图中能够准确的看出A板的总的电磁干扰分布区域比B板的小得多。再来看看某一个频率点的电磁干扰分布情况。从图8所示的462MHz这一个频率点的电磁干扰分布情况去看,A板的幅度小,而且区域很小。B板的幅度大,而且分布区域特别广。
PCB完整电磁信息,能让我们对PCB的整体有一个非常直观的认识,不仅有助于工程师解决EMI/EMC问题,还能帮助工程师调试PCB,并逐步的提升PCB的设计质量。同样,EMSCAN的应用还有很多,例如帮助工程师解决电磁敏感性问题等等。
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干扰(EMI)实在是威胁着电子设备的安全性、可靠性和稳定能力。我们在设计电子科技类产品时,
的方法 /
以及应用 /
进行干扰发射测量。近场干扰测量很适合进行组件和设备开发的工程师来使用,他们使用近场测量来获得干扰发射原因的重要数据。近场测量方法
(电脑电源都启动电路)-本文通过对开关电源的概念、结构图、工作原理、电路设计、
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