PCB板完整電磁信息的獲取及應(yīng)用

調(diào)試PCB的傳統(tǒng)工具包括：時(shí)域的示波器、TDR(時(shí)域反射測量法)示波器、邏輯分析儀，以及頻域的頻譜分析儀等設(shè)備，但是這些手段都無法給出一個(gè)反映PCB板整體信息的數(shù)據(jù)。本文介紹用EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)獲得PCB完整電磁信息的方法，并介紹如何利用這些信息來幫助設(shè)計(jì)和調(diào)試。

EMSCAN具有頻譜掃描功能和空間掃描功能。頻譜掃描的結(jié)果可以讓我們對EUT產(chǎn)生的頻譜有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)：有多少個(gè)頻率分量，每個(gè)頻率分量的幅度大致是多少?？臻g掃描的結(jié)果，是針對一個(gè)頻率點(diǎn)的，是一張以顏色代表幅度的地形圖，我們能實(shí)時(shí)看清PCB產(chǎn)生的某個(gè)頻率點(diǎn)的動(dòng)態(tài)的電磁場分布情況。

全頻段掃描

在執(zhí)行頻譜／空間掃描功能時(shí)，把工作著的PCB放置到掃描器上，PCB被掃描器的柵格劃分為7.6mm×7.6mm的小格(每個(gè)小格含有一個(gè)H場探頭)，執(zhí)行對每個(gè)探頭的全頻段掃描(頻率范圍可以從10kHz－3GHz)后，Emscan最終給出兩張圖，分別為合成頻譜圖(圖1)和合成空間圖(圖2)。

頻譜/空間掃描獲得的是整個(gè)掃描區(qū)域內(nèi)每個(gè)探頭的全部頻譜數(shù)據(jù)。執(zhí)行一次頻譜/空間掃描后就可以得到所有空間位置的所有頻率的電磁輻射信息，你可以將圖1和圖2的頻譜/空間掃描數(shù)據(jù)想象為一堆空間掃描數(shù)據(jù)(每個(gè)空間掃描分別為不同的頻率，可由你來控制不同的顯示)，也可以想象為一堆頻譜掃描數(shù)據(jù)(每個(gè)頻譜掃描來自PCB的不同物理位置，可以是一個(gè)或幾個(gè)柵格)。你可以：
1. 像查看空間掃描結(jié)果一樣,查看指定頻率點(diǎn)(一個(gè)或多個(gè)頻率)的空間分布圖，如圖3所示。
2. 像查看頻譜掃描結(jié)果一樣,查看指定物理位置點(diǎn)(一個(gè)或多個(gè)柵格)的頻譜圖，如圖4所示。

圖3的各個(gè)空間分布圖，是通過指定頻率點(diǎn)來看該頻率點(diǎn)的空間腹部圖。通過在圖中最上面的頻譜圖中用×指定頻率點(diǎn)后得到的?？梢灾付ㄒ粋€(gè)頻率點(diǎn)查看每個(gè)頻率點(diǎn)的空間分布，也可以指定多個(gè)頻率點(diǎn)，例如指定83M的所有諧波點(diǎn)，查看總的頻譜圖。

圖4的頻譜圖中，灰色部分是總頻譜圖，藍(lán)色部分為指定位置的頻譜圖。是通過用×指定PCB上的物理位置，對比該位置產(chǎn)生的頻譜圖(藍(lán)色)和總頻譜圖(灰色)，找到干擾源的位置。從圖4可以看出，這種方法對寬帶干擾和窄帶干擾，都能很快地找到干擾源的位置。

快速定位電磁干擾源

利用頻譜分析儀和單個(gè)的近場探頭，也能定位“干擾源”。這里用“滅火”的方法來進(jìn)行一個(gè)比喻,可以把遠(yuǎn)場測試(EMC標(biāo)準(zhǔn)測試)比喻為“檢測火災(zāi)”，如果有頻率點(diǎn)超出極限值，就認(rèn)為是“發(fā)現(xiàn)了火災(zāi)”。傳統(tǒng)的“頻譜分析儀＋單探頭”方案，一般是由EMI工程師使用，來探測“火苗從機(jī)箱的哪個(gè)部位竄出來”，檢測到火苗后，一般的EMI抑制辦法是用屏蔽和濾波，把“火苗”捂在產(chǎn)品內(nèi)部。EMSCAN能讓我們檢測到干擾源的源頭--“火種”，還能看清“火勢”，即干擾源的傳播途徑。

用EMSCAN檢查整機(jī)EMI問題時(shí)，一般采用由“火苗”到“火種”的追蹤過程。例如，先掃描機(jī)箱或者電纜，檢查干擾來自哪個(gè)部位，進(jìn)一步追蹤到產(chǎn)品內(nèi)部，是哪塊PCB產(chǎn)生的干擾，再進(jìn)一步可以追蹤到器件或者布線。

由圖4可以很明顯地看出，利用“完整電磁信息”，定位電磁干擾源是非常方便的，不僅能解決窄帶電磁干擾問題，對寬帶電磁干擾問題同樣有效。

一般的方法如下：

(1) 查看基波的空間分布，在基波的空間分布圖上找到幅度最大的物理位置。對于寬帶干擾，則在寬帶干擾的中間指定一個(gè)頻率(例如一個(gè)60MHz－80MHz的寬帶干擾，我們可以指定70MHz)，檢查該頻率點(diǎn)的空間分布，找到幅度最大的物理位置。

(2) 指定該位置，看該位置的頻譜圖。檢查該位置的各個(gè)諧波點(diǎn)的幅度是否與總頻譜圖重合。如果重合，則說明指定位置是產(chǎn)生這些干擾的最強(qiáng)的地方。對于寬帶干擾，則檢查該位置是否為整個(gè)寬帶干擾的最大位置。

(3) 在很多情況下，不是所有諧波都產(chǎn)生在一個(gè)位置，有時(shí)偶次諧波與奇次諧波在不同的位置產(chǎn)生，也有可能各個(gè)諧波分量在各個(gè)不同的位置產(chǎn)生。這種情況下，可以通過查看你所關(guān)心的頻率點(diǎn)的空間分布，找到輻射最強(qiáng)的位置。

(4) 在輻射最強(qiáng)的地方采取手段，無疑對解決EMI/EMC問題是最有效的。

這種真正能追蹤到“源頭”和傳播途徑的EMI排查方法，能讓工程師以最低的成本和最快的速度排除EMI問題。在一個(gè)通信設(shè)備的實(shí)測案例中，輻射干擾從電話線電纜中輻射出來，對這根電纜增加屏蔽或者濾波手段顯然是不可行的，于是工程師束手無策。用EMSCAN進(jìn)行上述追蹤掃描后，最終在處理機(jī)板上，多化了幾塊錢，多裝了幾個(gè)濾波電容，解決了工程師原來無法解決的EMI問題。

快速定位電路故障位置