¿Qué está irradiando en mi PCB?

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Hace poco realicé una prueba de EMC adecuada en un PCB mío. Falló la prueba y parece estar irradiando en la región de 300MHz - 1GHz, con picos cada 50MHz y pequeños picos en los 25MHz.

Mirandoelcampocercano,puedesverclaramentemuchosarmónicosde25MHzalrededor:

La placa contiene un cristal de 25MHz, que debe ser la fuente de la señal, pero la pregunta es, ¿qué irradia la placa? ¿Qué podría ser la antena? Los candidatos que se me ocurren son:

  • El plano de tierra actúa como una antena de parche central. La placa es de 23 mm x 47 mm, ¡lo que la hace un cuarto de onda para aproximadamente 1.6GHz!
  • Los inductores en las fuentes de alimentación. La placa contiene TPS84250 y EN5312 IC de fuente de alimentación de conmutación de inductor integrado. Quizás la señal de 25MHz está volviendo a los inductores en estos circuitos integrados y usándolos como antenas.
  • El cable. Aunque agregar ferritas en el cable durante la prueba no parece hacer ninguna diferencia, lo que me lleva a creer que es algo en el PCB en sí.
  • ¿Algo más? No puedo pensar qué más es lo suficientemente grande como para irradiar a frecuencias tan bajas.

El equipo bajo prueba consiste en un par de PCB apilados juntos. El de abajo contiene el cristal de 25MHz y los chips que lo utilizan. El de arriba contiene los componentes de la fuente de alimentación.

Pregunta para puntos de bonificación: ¿Cómo puede ser que haya claramente una gran cantidad de armónicos de 25MHz en el campo cercano, pero solo se pueden detectar armónicos de 100MHz y 50MHz en el campo lejano?

    
pregunta Rocketmagnet 09.09.2013 - 20:22

3 respuestas

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Después de haber vuelto a girar mi tablero, el ruido parece reducirse significativamente. Hice algunos cambios, por lo que es difícil saber exactamente cuáles fueron los responsables. Básicamente, copié las precauciones de EMC utilizadas en los módulos EtherCAT de Beckhoff

  • Ferritas en todos los pines de alimentación del ET1200 ASIC, con tapas antes y después de la ferrita.
  • El condensador de 5pF, dos ferritas y el modo común se ahogan en las líneas LVDS salientes.
  • Diseño de cristal mejorado, con un plano de tierra completo debajo. También seguí el el consejo de Olin con respecto a la conexión del suelo de los topes de carga del cristal.

En cuanto a lo que en realidad está irradiando? Es difícil estar seguro, proteger el ET1200 en sí no parece ayudar. Tampoco añadía ferritas al cable. Lo único que ayudó fue encerrar el PCB en una caja de metal. Así que supongo que era algo en el PCB. Tal vez el plano de tierra actuando como una antena de parche central como sugirió Olin.

    
respondido por el Rocketmagnet 11.11.2013 - 12:17
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Este es un problema difícil de cubrir en un par de cientos de palabras, por lo que será breve y solo tendrás que investigar un poco por tu cuenta. Pero intentaré resumirlo lo suficiente para que al menos sepas qué investigar.

Debe conocer la impedancia de la traza, la terminación de la señal, las rutas de retorno de la señal y las tapas de desvío / desacoplamiento. Si obtuviera estos datos absolutamente correctos, entonces tendría cero problemas de EMC. Conseguirlo al 100% es imposible, pero puedes acercarte mucho más de lo que estás ahora.

Primero, veamos las rutas de retorno de señal ... Para cada señal debe haber una ruta de retorno. Normalmente, el retorno está en el plano de potencia o tierra, pero también podría estar en otro lugar. En su PCB, el retorno está en un plano. La ruta de retorno va desde el receptor de vuelta al controlador. El área de bucle es el bucle físico creado por la señal más la ruta de retorno. Normalmente, las leyes de la física harán que el área del bucle sea lo más pequeña posible, pero el enrutamiento de PCB quiere estropearlo.

Cuanto mayor sea el área de bucle, más problemas de RF tendrá. No solo emitirá más RF de la que desea, sino que también recibirá más RF.

Las señales en la capa inferior (azul) querrán que su ruta de retorno esté en el plano adyacente en la siguiente capa (cian), ya que hace que el área del bucle sea lo más pequeña posible. Las señales en la capa superior (roja) tendrán su ruta de retorno en la capa dorada.

Si una señal comienza en la capa superior y luego pasa por una vía a la capa inferior, entonces la ruta de retorno de la señal querrá cambiar de las capas de oro a cian, ¡en el punto de la vía! Esta es una función importante de las tapas de desacoplamiento. Normalmente, un plano sería GND y el otro sería VCC. Una ruta de retorno de señal puede atravesar la tapa de desacoplamiento cuando se cambia entre planos. Es por eso que a menudo es importante tener límites entre los planos, incluso cuando no es obviamente necesario por razones de poder.

Sin un límite de desacoplamiento entre los planos, la ruta de retorno no puede tomar una ruta más directa y, por lo tanto, el área del bucle aumenta de tamaño y los problemas de EMC aumentan.

Pero los vacíos / divisiones en los planos pueden ser aún más problemáticos. Su capa de oro tiene planos divididos y trazas de señal, que crean problemas. Si comparas las capas roja y dorada, verás cómo las señales cruzan los vacíos en los planos. Cada vez que una señal cruza un vacío en el avión, algo va a ir mal. La corriente de retorno estará en el avión, pero no puede seguir el rastro a través del vacío por lo que tiene que tomar un desvío importante. Esto aumenta el área de bucle y sus problemas de EMC.

Puede colocar un límite en el vacío, justo donde se cruzan las señales. Pero un mejor enfoque sería redirigir las cosas para evitar esto en primer lugar.

Otra forma en la que se puede crear el mismo problema es cuando tienes varias vías que están muy juntas. La separación entre las vías y el plano puede crear ranuras en los planos. Disminuya el espacio o extienda las vías para que no se forme un espacio.

Ok, entonces ese es el mayor problema con tu tablero. Una vez que entienda eso, entonces debe mirar la terminación de la señal y controlar la impedancia de la traza. Después de eso, debe observar los problemas de blindaje y GND del chasis con su conexión Ethernet (no hay suficiente información en la Q para comentar con precisión).

Espero que ayude. Realmente me emocioné por los problemas, pero eso debería hacer que te vayas.

    
respondido por el user3624 11.09.2013 - 18:11
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Creo que los armónicos de 25MHz apuntan a problemas relacionados con Ethernet. No estoy familiarizado con las recomendaciones de Micrel, pero la mayoría de los otros proveedores recomiendan una distancia mínima entre phy y magnetismo, que no se ve en su tablero. Además, hay un plano de tierra continuo debajo del magnetismo, que tampoco se recomienda en la mayoría de los lugares.

Es bastante difícil saberlo con las imágenes de diseño, pero parece que la traza que se encuentra debajo de la phy se enciende y sale como una buena antena en la capa opuesta. Esto podría confirmarse con un sondeo de campo cercano, ¿quizás?

Las cosas que aparecen en el campo cercano y no lejos, significan que no hay una ruta de acoplamiento y una antena eficaces para esa frecuencia, en mi opinión.

¿Estás absolutamente seguro de que has omitido todo, verdad? Hice que un probador de emc me dijera que tenía una tabla que iba de no pasar a pasar porque habían perdido una tapa de desvío. También puede asegurarse de que sus tapas de bypass estén funcionando de la manera que desee a 25MHz. Use un analizador de espectro con generador de seguimiento y una línea de cinta de 50 ohmios con tapas soldadas, y vea cómo funcionan realmente.

Creo que la respuesta de David Kessner sigue siendo digna de consideración. No siento que tengamos suficiente información aquí.

Creo que lo mejor sería alquilar una hora o dos con un técnico de emc experimentado (quizás tenga uno interno), y absorber todo lo que le dice sobre su pizarra.

    
respondido por el Erik Friesen 12.09.2013 - 12:33

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