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PCB板完整电磁信息的获取及应用

发布时间:2020-07-21 18:56:34 阅读: 来源:玻璃棉板厂家

本文引用地址:调试PCB的传统工具包括:时域的示波器、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板整体信息的数据。本文介绍用EMSCAN电磁干扰扫描系统获得PCB完整电磁信息的方法,并介绍如何利用这些信息来帮助设计和调试。

EMSCAN具有频谱扫描功能和空间扫描功能。频谱扫描的结果可以让我们对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。空间扫描的结果,是针对一个频率点的,是一张以颜色代表幅度的地形图,我们能实时看清PCB产生的某个频率点的动态的电磁场分布情况。

全频段扫描

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最终给出两张图,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。执行一次频谱/空间扫描后就可以得到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(每个空间扫描分别为不同的频率,可由你来控制不同的显示),也可以想象为一堆频谱扫描数据(每个频谱扫描来自PCB的不同物理位置,可以是一个或几个栅格)。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。通过在图中最上面的频谱图中用×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可以看出,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。

快速定位电磁干扰源

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。

用EMSCAN检查整机EMI问题时,一般采用由“火苗”到“火种”的追踪过程。例如,先扫描机箱或者电缆,检查干扰来自哪个部位,进一步追踪到产品内部,是哪块PCB产生的干扰,再进一步可以追踪到器件或者布线。

由图4可以很明显地看出,利用“完整电磁信息”,定位电磁干扰源是非常方便的,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。

一般的方法如下:

(1) 查看基波的空间分布,在基波的空间分布图上找到幅度最大的物理位置。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,我们可以指定70MHz),检查该频率点的空间分布,找到幅度最大的物理位置。

(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最强的地方。对于宽带干扰,则检查该位置是否为整个宽带干扰的最大位置。

(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,也有可能各个谐波分量在各个不同的位置产生。这种情况下,可以通过查看你所关心的频率点的空间分布,找到辐射最强的位置。

(4) 在辐射最强的地方采取手段,无疑对解决EMI/EMC问题是最有效的。

这种真正能追踪到“源头”和传播途径的EMI排查方法,能让工程师以最低的成本和最快的速度排除EMI问题。在一个通信设备的实测案例中,辐射干扰从电话线电缆中辐射出来,对这根电缆增加屏蔽或者滤波手段显然是不可行的,于是工程师束手无策。用EMSCAN进行上述追踪扫描后,最终在处理机板上,多化了几块钱,多装了几个滤波电容,解决了工程师原来无法解决的EMI问题。

快速定位电路故障位置

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