Cái gì tỏa ra trên PCB của tôi?

Gần đây tôi đã làm một thử nghiệm EMC thích hợp trên PCB của tôi. Nó đã thất bại trong bài kiểm tra và dường như đang phát ra ở vùng 300 MHz - 1GHz, với các đỉnh mỗi 50 MHz và các đỉnh nhỏ trên 25 MHz.

Nhìn vào trường gần, bạn có thể thấy rõ rất nhiều sóng hài 25 MHz xung quanh:

Bảng chứa một tinh thể 25 MHz, phải là nguồn của tín hiệu, nhưng câu hỏi là, cái gì trên bảng đang phát ra? Ăng-ten có thể là gì? Ứng cử viên tôi có thể nghĩ là:

• Máy bay mặt đất hoạt động như một ăng ten vá trung tâm. Bảng mạch là 23mm x 47mm, làm cho nó có bước sóng quý khoảng 1.6GHz!
• Các cuộn cảm trong các nguồn cung cấp điện. Hội đồng quản trị có chứa TPS84250 và EN5312 tích hợp cuộn cảm chuyển mạch IC nguồn điện. Có lẽ tín hiệu 25 MHz đang tìm đường quay trở lại cuộn cảm trong các IC này và sử dụng chúng làm ăng ten.
• Cáp. Mặc dù việc thêm ferrites vào cáp trong quá trình thử nghiệm dường như không có sự khác biệt nào, điều đó khiến tôi tin rằng đó là thứ gì đó trên chính PCB.
• Thứ gì khác? Tôi không thể nghĩ cái gì khác đủ lớn để phát ra ở tần số thấp như vậy.

Thiết bị được thử nghiệm bao gồm một cặp PCB được xếp chồng lên nhau. Phần dưới cùng chứa tinh thể 25 MHz và các chip sử dụng nó. Cái trên cùng chứa các thành phần cung cấp điện.

Câu hỏi cho điểm thưởng: Làm thế nào có thể rõ ràng có rất nhiều sóng hài 25 MHz xung quanh trong trường gần, nhưng chỉ có thể phát hiện được sóng hài 100 MHz và 50 MHz trong trường xa?

Đây là một vấn đề khó giải quyết trong vài trăm từ, vì vậy đây sẽ là một vấn đề ngắn gọn và bạn sẽ phải tự mình thực hiện một số nghiên cứu. Nhưng tôi sẽ cố gắng tóm tắt nó đủ để bạn ít nhất biết phải nghiên cứu cái gì.

Bạn cần biết về trở kháng theo dõi, chấm dứt tín hiệu, đường dẫn tín hiệu trở lại và bỏ qua / tách mũ. Nếu bạn có những điều này hoàn toàn chính xác thì bạn sẽ không có vấn đề EMC nào. Làm cho nó hoàn hảo 100% là không thể, nhưng bạn có thể đến gần hơn nhiều so với hiện tại.

Đầu tiên, chúng ta hãy nhìn vào các đường dẫn tín hiệu trở lại ... Đối với mỗi tín hiệu phải có một đường dẫn trở lại. Thông thường sự trở lại là trên mặt phẳng điện hoặc mặt đất, nhưng nó cũng có thể ở một nơi khác. Trên PCB của bạn, lợi nhuận là trên một mặt phẳng. Đường dẫn trở lại đi từ người nhận trở lại trình điều khiển. Vùng vòng lặp là vòng lặp vật lý được tạo bởi tín hiệu cộng với đường dẫn trở lại. Thông thường các định luật vật lý sẽ làm cho diện tích vòng lặp càng nhỏ càng tốt - nhưng định tuyến PCB muốn làm rối tung nó lên.

Diện tích vòng lặp càng lớn, bạn sẽ càng gặp nhiều vấn đề về RF. Bạn không chỉ phát ra nhiều RF hơn bạn muốn mà còn nhận được nhiều RF hơn.

Các tín hiệu ở lớp dưới cùng (màu xanh) sẽ muốn đường trở về của chúng nằm trên mặt phẳng liền kề trên lớp tiếp theo (màu lục lam) - vì điều đó làm cho diện tích vòng lặp càng nhỏ càng tốt. Tín hiệu trên lớp trên cùng (màu đỏ) sẽ có đường dẫn trở lại trên lớp vàng.

Nếu một tín hiệu bắt đầu ở lớp trên cùng sau đó đi qua một lớp đến lớp dưới cùng thì đường dẫn tín hiệu sẽ muốn chuyển từ lớp vàng sang màu lục lam, tại điểm xuyên qua! Đây là một chức năng chính của mũ tách. Thông thường một mặt phẳng sẽ là GND và mặt phẳng kia sẽ là VCC. Đường dẫn tín hiệu có thể đi qua nắp tách rời khi chuyển đổi giữa các mặt phẳng. Đó là lý do tại sao thường có mũ giữa các mặt phẳng ngay cả khi nó rõ ràng không cần thiết vì lý do sức mạnh.

Nếu không có nắp tách rời giữa các mặt phẳng, đường dẫn trở lại không thể có tuyến đường trực tiếp hơn và do đó, diện tích vòng lặp tăng kích thước-- và các vấn đề EMC tăng lên.

Nhưng khoảng trống / tách trong các mặt phẳng có thể còn nhiều vấn đề hơn. Lớp vàng của bạn có các mặt phẳng phân tách và dấu vết tín hiệu, tạo ra vấn đề. Nếu bạn so sánh các lớp màu đỏ và vàng, bạn sẽ thấy các tín hiệu đi qua các khoảng trống trong các mặt phẳng. Mỗi khi tín hiệu đi qua một khoảng trống trong máy bay thì một cái gì đó sẽ trở nên tồi tệ. Dòng trở lại sẽ ở trên máy bay, nhưng nó không thể đi theo dấu vết trên khoảng trống nên nó phải đi đường vòng lớn. Điều này làm tăng diện tích vòng lặp và các vấn đề EMC của bạn.

Bạn có thể đặt một nắp trên khoảng trống, ngay tại nơi các tín hiệu giao nhau. Nhưng một cách tiếp cận tốt hơn sẽ là định tuyến lại mọi thứ để tránh điều này ngay từ đầu.

Một cách khác mà cùng một vấn đề có thể được tạo ra là khi bạn có một vài vias gần nhau. Khoảng hở giữa vias và mặt phẳng có thể tạo các khe trong các mặt phẳng. Hoặc giảm độ hở, hoặc trải vias ra để một khe không hình thành.

Ok, đó là vấn đề lớn nhất với hội đồng quản trị của bạn. Một khi bạn hiểu điều đó thì bạn phải xem xét chấm dứt tín hiệu và kiểm soát trở kháng dấu vết. Sau đó, bạn phải xem xét các vấn đề GND che chắn và khung gầm với kết nối Ethernet của bạn (không đủ thông tin trong Q để nhận xét chính xác).

Tôi hy vọng điều đó sẽ giúp. Tôi thực sự bị phản ứng bởi các vấn đề nhưng điều đó sẽ giúp bạn đi.

Sau khi quay lại bảng của tôi, tiếng ồn dường như giảm đáng kể. Tôi đã thực hiện một vài thay đổi, vì vậy thật khó để biết chính xác cái nào chịu trách nhiệm. Về cơ bản, tôi đã sao chép các biện pháp phòng ngừa EMC được sử dụng trong các mô-đun EtherCAT của Beckhoff

• Ferrites trên tất cả các chân nguồn của ET1200 ASIC, với nắp trước và sau ferrite.
• Tụ điện 5pF, hai ferrites và chế độ chung bị sặc trên các đường LVDS đi.
• Cải thiện bố trí tinh thể, với mặt phẳng đầy đủ bên dưới. Tôi cũng đã làm theo lời khuyên của Olin về việc kết nối mặt đất của các viên đạn tải.

Đối với những gì thực sự tỏa ra? Thật khó để chắc chắn, việc che chắn bản thân ET1200 dường như không giúp ích gì. Cũng không thêm ferrites vào cáp. Điều duy nhất đã giúp đỡ là đặt PCB trong một hộp kim loại. Vì vậy, tôi đoán nó là một cái gì đó trên PCB. Có lẽ máy bay mặt đất hoạt động như một ăng ten vá trung tâm như Olin đề xuất.

Tôi nghĩ rằng sóng hài 25 MHz chỉ ra các vấn đề liên quan đến ethernet. Tôi không quen thuộc với các đề xuất của Micrel, nhưng hầu hết các nhà cung cấp khác đề xuất khoảng cách tối thiểu giữa phy và từ tính, điều này không rõ ràng trên bảng của bạn. Ngoài ra, có một mặt phẳng liên tục bên dưới từ tính, cũng không được đề xuất ở hầu hết các nơi.

Nó khá khó để nói với các hình ảnh bố cục, nhưng có vẻ như dấu vết chạy bên dưới phy sau đó xâu chuỗi và đi ra như một ăng ten đẹp trên lớp đối diện. Điều này có thể được xác nhận với một số thăm dò trường gần, có lẽ?

Theo cách hiểu của tôi, những thứ hiển thị trong trường gần và không ở xa, có nghĩa là không có đường dẫn và ăng ten ghép hiệu quả cho tần số đó, theo cách hiểu của tôi.

Bạn hoàn toàn tích cực bạn có tất cả mọi thứ bỏ qua phải không? Tôi đã có một người kiểm tra emc nói với tôi rằng anh ta có một bảng đi từ không vượt qua vì họ đã bỏ lỡ một nắp bỏ qua. Bạn cũng có thể đảm bảo mũ bypass của bạn hoạt động theo cách bạn muốn ở mức 25 MHz. Sử dụng máy phân tích phổ với máy phát theo dõi và dải phân cách 50 ohm với mũ được hàn trên đó và xem chúng thực sự hoạt động như thế nào.

Tôi nghĩ câu trả lời của David Kessner vẫn đáng để xem xét. Tôi không cảm thấy như chúng ta thực sự có đủ thông tin ở đây.

Tôi nghĩ rằng tốt nhất sẽ là thuê một hoặc hai giờ với một công nghệ emc có kinh nghiệm (có thể bạn có một kênh), và tiếp thu mọi thứ anh ấy nói với bạn về bảng của bạn.