利用EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)獲得PCB完整電磁信息的

隨著PCB復(fù)雜程度的增加，調(diào)試的難度和工作量也不斷增加。利用示波器或者邏輯分析儀，同時(shí)只能觀(guān)察到1個(gè)或者有限的幾個(gè)信號(hào)線(xiàn)的波形，而現(xiàn)在的PCB上可能有成千上萬(wàn)條信號(hào)線(xiàn)，工程師只能憑經(jīng)驗(yàn)或者運(yùn)氣來(lái)找到問(wèn)題的所在問(wèn)題。

如果我們有了正常板和故障板的“完整電磁信息”，通過(guò)對(duì)比兩者的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常的頻譜，再采用“干擾源定位技術(shù)”，把異常頻譜的產(chǎn)生位置找出來(lái)，就能很快找到故障的位置及原因。

圖5為正常板和故障板的頻譜圖，通過(guò)對(duì)比，很容易發(fā)現(xiàn)故障板上存在一個(gè)異常的寬帶干擾。

然后在故障板的空間分布圖上去找產(chǎn)生這個(gè)“異常頻譜”的位置，如圖6所示，這樣，故障位置就被定位到一個(gè)柵格(7.6mm×7.6mm)的位置，問(wèn)題就能很快確診。

評(píng)估PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量的應(yīng)用案例

一塊好的PCB需要工程師精心設(shè)計(jì)，需要考慮的問(wèn)題包括：

(1) 合理的層疊設(shè)計(jì)

特別是地平面和電源平面的安排，以及敏感信號(hào)線(xiàn)(時(shí)鐘信號(hào))及產(chǎn)生大量輻射的信號(hào)線(xiàn)(地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn))所在層的設(shè)計(jì)。還有地平面、電源平面的分割，以及跨越分割區(qū)域的信號(hào)線(xiàn)的布線(xiàn)。

(2) 保持盡可能連續(xù)的信號(hào)線(xiàn)阻抗

盡可能少的過(guò)孔；盡可能少的直角走線(xiàn)；以及盡可能小的電流回流面積，可以產(chǎn)生較少的諧波及較低的輻射強(qiáng)度。

(3) 良好的電源濾波

合理的濾波電容的類(lèi)型、容值、數(shù)量、及放置位置，以及合理的地平面和電源平面的層疊安排，能保證電磁干擾被控制在盡可能小的區(qū)域。

(4) 盡可能保證地平面的完整性

盡可能少的過(guò)孔；合理的過(guò)孔安全間距；合理的器件布局；合理的過(guò)孔安排，從而最大程度保證地平面的完整性。相反，密集的過(guò)孔以及過(guò)大的過(guò)孔安全間距，或者是不合理的器件布局，會(huì)嚴(yán)重影響地平面以及電源平面的完整性，從而產(chǎn)生大量的感性串?dāng)_、共模輻射，并會(huì)使電路對(duì)外界干擾更敏感。

(5) 在信號(hào)完整性和電磁兼容性中找折中

在保證設(shè)備功能正常(保證信號(hào)完整性)的前提下，盡可能增加信號(hào)的上升沿和下降沿時(shí)間，減少信號(hào)產(chǎn)生的電磁輻射的幅度和諧波數(shù)量。例如需要選擇合適的阻尼電阻、合適的濾波手段等。

以前，我們沒(méi)有簡(jiǎn)單而科學(xué)的手段來(lái)評(píng)估PCB的設(shè)計(jì)質(zhì)量及PCB設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。利用PCB產(chǎn)生的完整的電磁場(chǎng)信息，能對(duì)PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)。利用PCB的完整的電磁信息，可以從如下四個(gè)方面來(lái)評(píng)估PCB的設(shè)計(jì)質(zhì)量：1. 頻率點(diǎn)數(shù)量：即諧波數(shù)量。2. 瞬態(tài)干擾：不穩(wěn)定的電磁干擾。3. 輻射強(qiáng)度：各個(gè)頻率點(diǎn)電磁干擾的幅度大小。4. 分布區(qū)域：各個(gè)頻率點(diǎn)的電磁干擾在PCB上的分布區(qū)域的大小。

下面的例子中，A板是B板的改進(jìn)。兩塊板的原理圖以及主要器件的布局完全一致。兩塊板的頻譜/空間掃描的結(jié)果見(jiàn)圖7：

從圖7的頻譜圖中，可以看出，A板的質(zhì)量明顯比B板好，因?yàn)椋?/span>

1. A板的頻率點(diǎn)數(shù)量明顯比B板少；
2. A板的大部分頻率點(diǎn)的幅度比B板的??；
3. A板的瞬態(tài)干擾(沒(méi)有被標(biāo)記的頻率點(diǎn))比B板的少。

從空間圖中可以看出A板的總的電磁干擾分布區(qū)域比B板的小得多。再來(lái)看看某一個(gè)頻率點(diǎn)的電磁干擾分布情況。從圖8所示的462MHz這一個(gè)頻率點(diǎn)的電磁干擾分布情況來(lái)看，A板的幅度小，而且區(qū)域很小。B板的幅度大，而且分布區(qū)域特別廣。

大量的測(cè)試案例證明，這種利用PCB產(chǎn)生的完整電磁場(chǎng)信息來(lái)評(píng)估PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量的方法，是完全合理的。我們能從PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量看出設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，同時(shí)也能為設(shè)計(jì)人員不斷提高設(shè)計(jì)水平，提供最直觀(guān)的指導(dǎo)。

本文小結(jié)

PCB完整電磁信息，能讓我們對(duì)PCB的整體有一個(gè)非常直觀(guān)的認(rèn)識(shí)，不僅有助于工程師解決EMI/EMC問(wèn)題，還能幫助工程師調(diào)試PCB，并不斷提高PCB的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同樣，EMSCAN的應(yīng)用還有很多，例如幫助工程師解決電磁敏感性問(wèn)題等等。