电磁场高速自动扫描技术在高速PCB设计中的应用

　由于采用了阵列天线和电子自动切换天线技术，因此测量速度大大加快，比手工单探头测量方案快几千倍，也比自动单探头测量方案快几百倍，能够快速有效判断电路修改前后的效果(图2)。快速扫描技术及其先进幅度保持扫描技术和同步扫描技术使该系统能有效捕捉瞬态事件，同时它采用能提升频谱分析仪测量精度的技术，提高了测量的精确性和可重复性。

　　评估PCB近场辐射干扰的测量方法

　　PCB 辐射干扰情况的检查可分几步进行。首先确定需要扫描的区域，然后选择能充分采样扫描区域的探头(栅格7.5mm)，在100kHz～3GHz的频率范围内进行频谱扫描，并存储每个频率点的最大电平。注意，比较大的频率点可利用空间扫描在扫描区域内作进一步检查，这样可以定位干扰源以及关键电路路径。

　　被测板必须尽可能靠近扫描器板，因为随着距离增加，接收信噪比会降低，而且还会有"分离"效应。实际测量中，这个距离应该小于1.5cm。我们可以看到，对元件面的测量有时候可能会因为元器件的高度而使测量出现问题，因此元器件的高度必须要考虑，以对测量的电压电平进行校正。在基本检查中，需考虑分离距离校正因子。

　　我们可以很快得到测量结果，但是这些结果不能评判产品是否符合EMC特性，因为它测量的值是PCB板上的高频电流产生的电磁近场。而标准EMC测试是要求在开阔场地(OATS)或者在暗室进行的，距离为3米(即远场)。

　　尽管Emscan的测量不能取代标准EMC测试，但是实践证明，它确实有很多用途。通过对测量结果的分析，可以得出很多结论以利于产品的后续开发。除了得到电压电平外，下列信息也非常重要：干扰产生点、干扰分布、覆盖大区域的干扰传导路径、干扰被限制在PCB上的狭窄区域以及内部结构或临近I/O模块间的耦合等，还可以看到数字电路和模拟电路分开的效果。

　　上述测量可作为PCB设计质量评估的一个标准，进一步来说，如果我们已经知道了一个类似的PCB的EMC特性，我们完全可以在产品开发早期对EMC特性进行比较可靠的评估，例如是否应该采用屏蔽手段等。

　　特别值得一提的是，电磁场高速扫描系统还能揭示瞬态EMI问题，瞬态EMI问题在电磁兼容性测量中往往不会被检测到，但是它们会影响产品的性能和可靠性。

　　PCB抗干扰性能的评估

　　在实际使用中，所有电子设备都会受到电磁场的干扰，如果一个设备不能满足抗干扰要求，也不进行屏蔽，那么该设备的性能就会受电磁干扰的影响。事实表明，干扰信号的频率可能会有几百MHz，这些干扰主要通过连接的导体进行耦合，因此I/O模块的抗干扰设计非常重要。为了增强产品的抗干扰性能，有时不得不增加滤波等手段，这意味着会增加产品的成本。从这种角度上看，寻找一种能优化所有电路和元器件的解决方案非常重要。

　　通过适当修改上面提到的测量方法，在产品开发和测试阶段就能够正确评估产品的抗干扰性能。改进后的方法如下：把PCB放在扫描器板上进行频谱扫描以决定PCB的干扰频率，然后把该频率正弦波干扰信号用夹子或者适当耦合设备(如平衡线上用的T-LISN)耦合到I/O线或导体上，采用步距10MHz、频率范围能满足10MHz 到150MHz(避免与PCB板的干扰频率重叠)、功率－20到0dBm(取决于耦合器件和PCB的类型)的发生器，执行与所加干扰信号一致的频率进行空间扫描。干扰信号从耦合点到PCB内的分布情况就能非常清楚地在空间扫描图形上看出来，然后可以根据下面一些原则对空间扫描结果进行解释，包括PCB上哪些区域分布有耦合上去的干扰信号、插入滤波器的有效性(衰减干扰信号)、临近I/O导体耦合情况以及PCB接地层或者区域的有效性等。

　　经济效益

　　电磁场高速扫描技术在PCB设计和调试中的应用，能帮助及早发现问题，及时采取有效措施消除或抑制系统内部和对外电磁干扰，确保产品EMC测试一次通过，从而加快产品设计进程，提高产品设计质量，节省产品开发费用，减少产品的售后服务工作量。

　　平均而言，一个新产品设计需要2至4次去EMC场地测试，每次去EMC场地测试都需要等3～4周时间。如果产品没有通过测试，整个过程将非常长，而且还不得不重复进行，直到通过测试。电磁干扰扫描技术能让工程师在"设计过程中"考虑产品电磁兼容性，从而缩短产品开发时间和减少去EMC场地测试的次数。典型情况下可以把产品的上市时间提前3至12周或者更多。

　　另外替代元件的确定对于确保持续生产和成本控制也是非常重要的，很多情况下，替代元件与首选元件的电磁辐射特性不一致，电磁扫描技术提供了一种快速有效评估替代元件可用性的手段，能保证在不影响产品电磁完整性的前提下降低产品的生产成本。