【導(dǎo)讀】采用極近場EM掃描技術(shù),供應(yīng)商的設(shè)計團(tuán)隊可以通過一個桌面系統(tǒng)來計量并立即顯示輻射的空間和頻譜特性,避免以后在更高費用的模塊、系統(tǒng)或整車級測試中出現(xiàn)問題。
本文討論幾個能夠展示這種測試價值的例子。第一個例子是關(guān)于“擴(kuò)頻時鐘發(fā)生器(SSCG)”的輻射特性,分別在“關(guān)”和“開”的狀況下對其掃描。在第二個例子中,設(shè)計團(tuán)隊對比了第二代半雙工串行解串器(串行器/解串器)系統(tǒng)與第三代全雙工系統(tǒng)。結(jié)果驗證了新一代功能及其優(yōu)勢,不但幫助客戶縮短了產(chǎn)品上市時間,并在客戶中產(chǎn)生了積極的影響。
極近場EMI掃描技術(shù)
快速磁性極近場測量儀器可以捕獲和顯示頻譜和實時空間掃描結(jié)果的可視圖像。芯片廠商和PCB設(shè)計工程師可以掃描任何一塊電路板,并識別出50kHz至4GHz頻率范圍內(nèi)的恒定或時基的輻射源。這種掃描技術(shù)有助于快速解決廣泛的電磁設(shè)計問題,包括濾波、屏蔽、共模、電流分布、抗干擾性和寬帶噪聲。
在任何新PCB的開發(fā)過程中,設(shè)計工程師都必須找出設(shè)計之外的輻射體或射頻泄漏,并對其進(jìn)行描述和處理以通過一致性測試??赡艿妮椛潴w包括高速、大功率器件以及具有高密度或高復(fù)雜度的器件。掃描系統(tǒng)以疊加在Gerber文件上的形式顯示空間輻射特性,因此測試人員可以準(zhǔn)確地找出所有輻射問題的來源。設(shè)計工程師可以在采取了相應(yīng)的解決措施之后,對器件進(jìn)行重新測試并立即量化出校正設(shè)計后的效果。
掃描系統(tǒng)由一個掃描儀、小型適配器、一個客戶提供的頻譜分析儀和運行掃描系統(tǒng)軟件的PC組成。臺式掃描儀包括2,436條回路,可產(chǎn)生1,218個間隔為7.5mm的磁場探針,形成一個電子開關(guān)陣列并提供高達(dá)3.75mm的分辨率。系統(tǒng)工作頻率范圍為50kHz至4GHz,通過可選的軟件密鑰啟用。
這樣,用戶就可以自行對設(shè)計進(jìn)行測試,而不必依賴另外一個部門、測試工程師或進(jìn)行耗時的場外測試。工程師甚至可以在診斷一個間歇故障之后,對設(shè)計進(jìn)行更改,很快再進(jìn)行測試。測試的結(jié)果可以對設(shè)計更改的影響進(jìn)行精確的驗證。
借助掃描系統(tǒng),電路板設(shè)計工程師可以預(yù)先測試和解決電磁兼容問題,從而避免產(chǎn)生非預(yù)期的一致性測試結(jié)果。掃描儀的診斷功能可以幫助設(shè)計團(tuán)隊將輻射測試時間縮短兩個數(shù)量級以上。
EMI近場輻射特性:SSCG示例
某一大型半導(dǎo)體廠商在解串器的并行總線上實現(xiàn)了SSCG功能。SSCG功能能夠通過將輻射峰值能量擴(kuò)展到更寬的頻帶上來減少輻射。如下面的圖1所示,頻率變化發(fā)生在額定時鐘中心頻率(中心擴(kuò)頻調(diào)制)附近,擴(kuò)展的頻譜為正或負(fù)1.0%(fdev)。在接收器并行總線端,輸出以千赫茲(fmod)的調(diào)制速率隨時間調(diào)制時鐘頻率和數(shù)據(jù)頻譜。定制的串行解串器芯片組的目標(biāo)客戶是要求所安裝電子設(shè)備具有低EMI輻射特性的汽車廠商。
圖1:擴(kuò)頻時鐘功能
該公司期望用令人信服的量化證據(jù)來向汽車廠商說明SSCG功能可以有效降低EMI輻射。為了實現(xiàn)這個目標(biāo),設(shè)計團(tuán)隊首先在SSCG功能為“關(guān)” 的情況下將待測器件(DUT)放其內(nèi)部掃描儀上,加電,然后在PC中捕獲輻射特性。為了進(jìn)行有效的對比,在打開SSCG功能的情況下,對同一待測器件進(jìn)行了掃描。
極近場掃描系統(tǒng)完成了空間和頻譜掃描后顯示并生成了以下輻射特性圖。需注意的是,掃描結(jié)果疊加在Gerber設(shè)計文件上,因此這樣對結(jié)果進(jìn)行分析可以立即確定待測器件中的具體輻射體。圖2顯示了SSCG功能為“關(guān)”時待測器件的輻射特性?!?/p>
圖2:SSCG功能為“關(guān)”時測得的EMI輻射特性
圖3為SSCG功能為“開”時待測設(shè)備輻射的空間和頻譜(幅度與頻率)特性。通過對比,可以發(fā)現(xiàn)輻射已經(jīng)顯著減少。
圖3:SSCG功能為“開”時的EMI輻射特性
對測試結(jié)果進(jìn)行比較之后,設(shè)計團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)由于使用了SSCG功能導(dǎo)致電磁輻射顯著減少。汽車電子工程師最大的挑戰(zhàn)在于減少EMI輻射??蛻糁С謭F(tuán)隊每次向汽車廠商客戶展示這些結(jié)果時,他們普遍都表現(xiàn)出了極大的興趣。任何降低EMI的功能(此案例中為SSCG功能)都可以縮短上市時間、降低屏蔽和成本支出。