高速PCB设计中的电磁辐射检测威廉希尔官方网站 ，总结的太棒了

　　目前大部分硬件工程师还只是凭经验来设计PCB，在调试过程中，很多需要观测的信号线或者芯片引脚被埋在PCB中间层，无法使用示波器等工具去探测，如果产品不能通过功能测试，他们也没有有效的手段去查找问题的原因。要想验证产品的EMC特性，只有把产品拿到标准电磁兼容测量室去测量，由于这种测量只能测产品对外辐射情况，就算没有通过也不能为解决问题提供有用的信息，因此工程师只能凭经验去修改PCB，并重复试验。这种试验方法非常昂贵，而且可能耽误产品的上市时间。
　　当然，现在有很多高速PCB分析和仿真设计工具，可以帮助工程师解决一些问题，可是目前在器件模型上还存在很多限制，例如能解决信号完整性（SI）仿真的IBIS模型就有很多器件没有模型或者模型不准确。要精确仿真EMC问题，就必须用SPICE模型，但目前几乎所有的ASIC都不能提供SPICE模型，而如果没有SPICE模型，EMC仿真是无法把器件本身的辐射考虑在内的（器件的辐射比传输线的辐射大得多）。另外，仿真工具往往要在精度和仿真时间上进行折中，精度相对较高的，需要的计算时间很长，而仿真速度快的工具，其精度又很低。因此用这些工具进行仿真，不能完全解决高速PCB设计中的相互干扰问题。
　　我们知道，在多层PCB中高频信号的回流路径应该在该信号线层临近的参考地平面（电源层或者地层）上，这样的回流和阻抗最小，但是实际的地层或电源层中会有分割和镂空，从而改变回流路径，导致回流面积变大，引起电磁辐射和地弹噪声。如果工程师能清楚电流路径的话，就能避免大的回流路径，从而有效控制电磁辐射。但信号回流路径由信号线布线、PCB电源和地分布结构以及电源供电点、去耦电容和器件放置位置和数量等多种因素所决定，故而对复杂系统的回流路径从理论上进行判定非常困难。
　　所以在设计阶段排除辐射噪声问题非常关键。我们用示波器能看到信号的波形，从而可帮助解决信号完整性问题，那么有没有设备能看到辐射的“图形”以及电路板上的回流呢？
　　电磁场高速扫描测量威廉希尔官方网站
　　在各种电磁辐射测量方法中，有一种近场扫描测量方法能解决这个问题，该方法基于这样的原理设计，即电磁辐射是被测设备（DUT）上的高频电流回路形成的。如加拿大EMSCAN公司的电磁辐射扫描系统Emscan就是根据这个原理制成的，它采用H场阵列探头（有32×40＝1280个探头）来探测DUT上的电流，在测量期间，DUT直接放在扫描器的上面。这些探头可以检测由于高频电流发生变化而引起的电磁场的变化，系统可提供RF电流在PCB上空间分布的视觉图像。
　　Emscan电磁兼容扫描系统已经在通信、汽车、办公电器以及消费电子等工业领域得到广泛应用，通过该系统提供的电流密度图，工程师在进行电磁兼容性标准测试前就能发现有EMI问题的区域并采取相应措施。
　　近场扫描原理Emscan的测量主要在活性近场区域（r《《λ/2π）进行，DUT上发出的辐射信号大部分被耦合到磁场探头上，少量能量扩散到自由空间。磁场探头耦合了近H场的磁通线以及PCB上的电流，另外它也获取一些近E场的微量成分。
　　大电流低电压电流源主要与磁场相关，而高电压小电流电压源则主要与电场相关，在PCB上，纯电场或者纯磁场都是很少见的。RF和微波电路中，电路的输入阻抗以及连接用的微带或者微带线，其阻抗都被设计为50欧姆，这种低阻抗设计使得这些元器件产生大电流和低电压变化，此外数字电路的趋势也是使用更低电压差的逻辑器件，同时活性近场区域内的磁场波阻抗远小于电场波阻抗。综合这些因素，大部分PCB活性近场区域能量都包含在近磁场中，因此Emscan扫描系统采用的磁场环适合于这些PCB的近场诊断。
　　所有的环是一样的，然而它们在反馈网络中的位置不同，因此反馈网络可感应各个环的响应，每个环相对参考源的响应都被测量出来并考虑为滤波转移函数。为了保证测量的线性度，Emscan测量的是这个转移函数的倒数。
　　由于采用了阵列天线和电子自动切换天线威廉希尔官方网站 ，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。快速扫描威廉希尔官方网站 及其先进幅度保持扫描威廉希尔官方网站 和同步扫描威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 ，提高了测量的精确性和可重复性。
　　*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*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*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*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*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*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。