Що випромінюється на моїй платі?

Нещодавно я зробив належний тест на ЕМС на моїй друкованій платі. Він не пройшов випробування і, здається, випромінював в області 300 МГц - 1 ГГц, маючи піки кожні 50 МГц і малі піки на 25 МГц.

Дивлячись на найближче поле, ви добре бачите безліч гармонік 25 МГц навколо:

На платі є кристал 25 МГц, який повинен бути джерелом сигналу, але питання полягає в тому, що на платі випромінює? Що може бути антеною? Кандидатами, про які я можу придумати, є:

• Земна площина, яка виступає в якості патч-антени з центральним живленням. Дошка має 23 мм х 47 мм, що робить її довжиною чверті хвилі приблизно на 1,6 ГГц!
• Індуктори в джерелах живлення. Плата містить інтегральні пристрої живлення з комутацією індуктора TPS84250 та EN5312 . Можливо, сигнал 25 МГц знаходить шлях до індукторів цих ІМС і використовує їх як антени.
• Кабель. Хоча додавання феритів до кабелю під час тесту, здавалося, не мало ніякої різниці, що змушує мене повірити, що це щось на самій друкованій платі.
• Щось ще? Я не можу подумати, що ще є досить великим для випромінювання на таких низьких частотах.

Випробовуване обладнання складається з пари друкованих плат, складених разом. У нижній частині міститься кристал 25 МГц і мікросхеми, які його використовують. У верхній частині є компоненти живлення.

Питання для бонусних балів: Як може бути, що в найближчому полі чітко багато гармонік 25 МГц, але в дальньому полі виявляються лише гармоніки 100 МГц і 50 МГц?

Це складна проблема висвітлити в двох сотнях слів, тому це буде стисло, і вам доведеться просто зробити деякі дослідження самостійно. Але я спробую це досить підсумувати, щоб ви принаймні знали, що досліджувати.

Вам потрібно знати про імпеданс сліду, припинення сигналу, шляхи повернення сигналу та ковпачки обходу / роз'єднання. Якщо ви отримаєте ці абсолютно коректні, тоді у вас виникли б проблеми з ЕМС. Отримати це на 100% досконало неможливо, але ви можете наблизитися набагато більше, ніж зараз.

Спочатку розглянемо шляхи повернення сигналу ... Для кожного сигналу повинен бути шлях повернення. Зазвичай повернення відбувається на потужності чи наземній площині, але це може бути десь ще. На вашій платі повернення відбувається в площині. Шлях повернення йде від приймача назад до драйвера. Область циклу - це фізичний цикл, створений сигналом плюс зворотний шлях. Зазвичай закони фізики призведуть до того, що область циклу буде якомога меншою - але маршрутизація PCB хоче це зіпсувати.

Чим більша площа петлі, тим більше проблем із РФ. Ви не тільки будете випромінювати більше РФ, ніж хочете, але і отримаєте більше РФ.

Сигнали на нижньому (синьому) шарі захочуть, щоб їх зворотний шлях знаходився на сусідній площині на наступному шарі (циан) - оскільки це робить область петлі якомога меншою. Сигнали на верхньому (червоному) шарі матимуть зворотний шлях на шарі золота.

Якщо сигнал починається з верхнього шару, то він проходить через вищий до нижнього шару, тоді шлях повернення сигналу захоче переключитися з золотистого на блакитний шари, у точці через! Це основна функція розв'язки ковпачків. Зазвичай один літак буде GND, а другий - VCC. Шлях повернення сигналу може проходити через ковпак для роз'єднання при перемиканні між площинами. Ось чому часто важливо мати заглушки між літаками, навіть коли це очевидно не потрібно з міркувань влади.

Без розв'язувального ковпачка між площинами зворотний шлях не може пройти більш прямий маршрут, і тому площа петлі збільшується в розмірах - і проблеми з ЕМС збільшуються.

Але порожнечі / розколи в площинах можуть бути ще більш проблематичними. У вашому золотому шарі є розбиті площини та сигнальні сліди, які створюють проблеми. Якщо порівняти червоний та золотий шари, то побачите, як сигнали перетинають порожнечі в площинах. Кожен раз, коли сигнал перетинає порожнечу в площині, тоді щось піде погано. Зворотний струм буде на літаку, але він не може простежити сліди через порожнечу, тому він повинен здійснити основний об'їзд. Це збільшує площу петлі та ваші проблеми з ЕМС.

Можна поставити ковпачок через порожнечу, там, де перетинаються сигнали. Але кращим підходом було б перегрупувати речі, щоб уникнути цього в першу чергу.

Ще один спосіб створити ту саму проблему, коли у вас є кілька віаз, які знаходяться близько один до одного. Зазор між віасами і площиною може створювати прорізи в площинах. Або зменшіть кліренс, або розкладіть флакони, щоб не утворювався проріз.

Гаразд, так це найбільше питання вашої ради. Після того, як ви зрозумієте, що вам доведеться подивитися на припинення сигналу та контроль імпедансу слідів. Після цього вам слід переглянути проблеми з екранізацією та шасі GND з підключенням до Ethernet (недостатньо інформації в Q, щоб точно прокоментувати).

Я сподіваюся, що це допомагає. Я дійсно бризнув від проблем, але це повинно вас змусити йти.

Повторно закрутивши мою дошку, шум, здається, значно зменшився. Я вніс досить багато змін, тому важко точно знати, хто з них відповідав. В основному, я скопіював запобіжні заходи, що застосовуються в модулях Beckhoff EtherCAT

• Феррити на всіх силових штифтах ET1200 ASIC, із кришками до і після фериту.
• Конденсатор 5pF, два ферити та дросель загального режиму на вихідних лініях LVDS.
• Покращене розташування кристалів, з повною площиною основи під ним. Я також дотримувався поради Оліна щодо з'єднання заземлення кришок навантаження.

Що стосується того, що насправді випромінює? Важко бути впевненим, захист самого ET1200, здавалося, не допоможе. Також не додавали феррити в кабель. Єдине, що допомогло - це закрити друковану плату в металевий ящик. Тож я здогадуюсь, що це було щось на друкованій платі. Можливо, наземна площина, яка виконує функцію патч-антени з центральним живленням, як запропонував Олін.

Я думаю, що гармоніка 25 МГц вказує на проблеми, пов'язані з мережею. Я не знайомий з рекомендаціями Micrel, але більшість інших продавців рекомендують мінімальну відстань між phy та магнетикою, що не видно на вашій дошці. Крім того, під магнетикою є суцільна площина заземлення, що також не рекомендується в більшості місць.

З малюнками компонування досить складно розібратися, але це виглядає як слід, який протікає під фієм, а потім струни виходить і виходить як приємна антена на протилежному шарі. Це могло б бути підтверджено з допомогою зондування, що знаходиться поблизу поля, можливо?

Що, на моєму розумінні, з’являється в недалекому полі, а не далеко, означає, що для цієї частоти немає ефективного шляху сполучення та антени.

Ви абсолютно впевнені, що у вас все обійшлося правильно? У мене був тестер телепрограми, який сказав мені, що він мав одну плату, яка не переходила до прохідної, оскільки вони пропустили одну обхідну кришку. Ви також можете переконатися, що ваші перепускні ковпачки працюють так, як вам потрібно на 25 МГц. Скористайтеся спектральним аналізатором з генератором відстеження та смуговою лінією 50 Ом із накипленими на нього кришками та подивіться, як вони насправді працюють.

Я думаю, що відповідь Девіда Кесснера все ще заслуговує на розгляд. Я не відчуваю, що ми справді маємо тут повну інформацію.

Я думаю, що найкраще було б взяти напрокат годину-дві з досвідченим технологією EMC (можливо, у вас є один будинок), і поглинати все, що він розповість про вашу дошку.