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極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)在汽車(chē)電子系統(tǒng)中的應(yīng)用(一)

發(fā)布時(shí)間:2013-03-11 責(zé)任編輯:Lynnjiao

【導(dǎo)讀】采用極近場(chǎng)EM掃描技術(shù),供應(yīng)商的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)一個(gè)桌面系統(tǒng)來(lái)計(jì)量并立即顯示輻射的空間和頻譜特性,避免以后在更高費(fèi)用的模塊、系統(tǒng)或整車(chē)級(jí)測(cè)試中出現(xiàn)問(wèn)題。


本文討論幾個(gè)能夠展示這種測(cè)試價(jià)值的例子。第一個(gè)例子是關(guān)于“擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器(SSCG)”的輻射特性,分別在“關(guān)”和“開(kāi)”的狀況下對(duì)其掃描。在第二個(gè)例子中,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)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(yàn)證了新一代功能及其優(yōu)勢(shì),不但幫助客戶(hù)縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間,并在客戶(hù)中產(chǎn)生了積極的影響。

極近場(chǎng)EMI掃描技術(shù)

快速磁性極近場(chǎng)測(cè)量?jī)x器可以捕獲和顯示頻譜和實(shí)時(shí)空間掃描結(jié)果的可視圖像。芯片廠商和PCB設(shè)計(jì)工程師可以?huà)呙枞魏我粔K電路板,并識(shí)別出50kHz至4GHz頻率范圍內(nèi)的恒定或時(shí)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(jì)問(wèn)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(kāi)發(fā)過(guò)程中,設(shè)計(jì)工程師都必須找出設(shè)計(jì)之外的輻射體或射頻泄漏,并對(duì)其進(jìn)行描述和處理以通過(guò)一致性測(cè)試。可能的輻射體包括高速、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(cè)試人員可以準(zhǔn)確地找出所有輻射問(wèn)題的來(lái)源。設(shè)計(jì)工程師可以在采取了相應(yīng)的解決措施之后,對(duì)器件進(jìn)行重新測(cè)試并立即量化出校正設(shè)計(jì)后的效果。

掃描系統(tǒng)由一個(gè)掃描儀、小型適配器、一個(gè)客戶(hù)提供的頻譜分析儀和運(yùn)行掃描系統(tǒng)軟件的PC組成。臺(tái)式掃描儀包括2,436條回路,可產(chǎn)生1,218個(gè)間隔為7.5mm的磁場(chǎng)探針,形成一個(gè)電子開(kāi)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(guò)可選的軟件密鑰啟用。

這樣,用戶(hù)就可以自行對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試,而不必依賴(lài)另外一個(gè)部門(mén)、測(cè)試工程師或進(jìn)行耗時(shí)的場(chǎng)外測(cè)試。工程師甚至可以在診斷一個(gè)間歇故障之后,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改,很快再進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的結(jié)果可以對(duì)設(shè)計(jì)更改的影響進(jìn)行精確的驗(yàn)證。

借助掃描系統(tǒng),電路板設(shè)計(jì)工程師可以預(yù)先測(cè)試和解決電磁兼容問(wèn)題,從而避免產(chǎn)生非預(yù)期的一致性測(cè)試結(jié)果。掃描儀的診斷功能可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將輻射測(cè)試時(shí)間縮短兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

EMI近場(chǎng)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(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了SSCG功能。SSCG功能能夠通過(guò)將輻射峰值能量擴(kuò)展到更寬的頻帶上來(lái)減少輻射。如下面的圖1所示,頻率變化發(fā)生在額定時(shí)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(xiàn)端,輸出以千赫茲(fmod)的調(diào)制速率隨時(shí)間調(diào)制時(shí)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(hù)是要求所安裝電子設(shè)備具有低EMI輻射特性的汽車(chē)廠商。

擴(kuò)頻時(shí)鐘功能
圖1:擴(kuò)頻時(shí)鐘功能

該公司期望用令人信服的量化證據(jù)來(lái)向汽車(chē)廠商說(shuō)明SSCG功能可以有效降低EMI輻射。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先在SSCG功能為“關(guān)” 的情況下將待測(cè)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(duì)比,在打開(kāi)SSCG功能的情況下,對(duì)同一待測(cè)器件進(jìn)行了掃描。

極近場(chǎng)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(jì)文件上,因此這樣對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析可以立即確定待測(cè)器件中的具體輻射體。圖2顯示了SSCG功能為“關(guān)”時(shí)待測(cè)器件的輻射特性?!?/p>

SSCG功能為“關(guān)”時(shí)測(cè)得的EMI輻射特性
圖2:SSCG功能為“關(guān)”時(shí)測(cè)得的EMI輻射特性

圖3為SSCG功能為“開(kāi)”時(shí)待測(cè)設(shè)備輻射的空間和頻譜(幅度與頻率)特性。通過(guò)對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)輻射已經(jīng)顯著減少?! ?nbsp;

SSCG功能為“開(kāi)”時(shí)的EMI輻射特性
圖3:SSCG功能為“開(kāi)”時(shí)的EMI輻射特性

對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較之后,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(chē)電子工程師最大的挑戰(zhàn)在于減少EMI輻射??蛻?hù)支持團(tuán)隊(duì)每次向汽車(chē)廠商客戶(hù)展示這些結(jié)果時(shí),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(shí)間、降低屏蔽和成本支出。

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