PCB에서 무엇을 방출합니까?

최근에 내 PCB에서 적절한 EMC 테스트를 수행했습니다. 테스트에 실패했으며 300MHz-1GHz 영역에서 방사되는 것으로 보이며 50MHz마다 피크가 발생하고 25MHz에서는 피크가 거의 없습니다.

근거리 장을 보면 다음과 같은 25MHz 고조파가 많이 보입니다.

보드에는 25MHz 크리스털이 포함되어 있는데,이 신호는 신호의 소스 여야하지만 보드에서 무엇을 방출하고 있습니까? 안테나는 무엇입니까? 내가 생각할 수있는 후보자는 다음과 같습니다.

• 접지면은 중앙 급지 패치 안테나 역할을합니다. 이 보드는 23mm x 47mm로 약 1.6GHz의 1/4 파장입니다!
• 전원 공급 장치의 인덕터. 이 보드에는 TPS84250 및 EN5312 통합 인덕터 스위칭 전원 IC 가 포함되어 있습니다 . 아마도 25MHz 신호는 이러한 IC의 인덕터로 되돌아가 안테나로 사용하는 것으로 보인다.
• 케이블. 테스트 중에 케이블에 페라이트를 추가해도 아무런 차이가없는 것처럼 보였으므로 PCB 자체의 무언가라고 생각하게되었습니다.
• 다른 것? 그런 저주파에서 방사하기에 충분히 큰 것이 무엇인지 생각할 수 없습니다.

테스트 대상 장비는 한 쌍의 PCB가 함께 쌓여 있습니다. 아래쪽에는 25MHz 크리스털과이를 사용하는 칩이 들어 있습니다. 상단에는 전원 공급 장치 구성 요소가 포함되어 있습니다.

보너스 포인트에 대한 질문 : 근거리 장에는 25MHz 고조파가 명확하게 많이 있지만 원거리 장에서는 100MHz 및 50MHz 고조파 만 감지 할 수 있습니까?

이것은 몇 백 단어로 다루기 어려운 문제이므로 간단히 설명하면 스스로 연구해야합니다. 그러나 나는 당신이 적어도 무엇을 연구 해야하는지 알 수 있도록 충분히 요약하려고 노력할 것입니다.

트레이스 임피던스, 신호 종단, 신호 리턴 경로 및 바이 패스 / 디커플링 캡에 대해 알아야합니다. 이것들이 절대적으로 정확하다면 EMC 문제가 없을 것입니다. 100 % 완벽하게하는 것은 불가능하지만 지금보다 훨씬 더 가까워 질 수 있습니다.

먼저 신호 리턴 경로를 살펴 보겠습니다 ... 모든 신호에 대해 리턴 경로가 있어야합니다. 일반적으로 리턴은 전원 또는 접지면에 있지만 다른 곳에도있을 수 있습니다. PCB에서 수익률은 비행기입니다. 리턴 경로는 수신기에서 드라이버로 돌아갑니다. 루프 영역은 신호와 리턴 경로에 의해 생성 된 물리적 루프입니다. 일반적으로 물리 법칙은 루프 영역을 가능한 한 작게 만들지 만 PCB 라우팅은이를 엉망으로 만들고 싶어합니다.

루프 면적이 클수록 더 많은 RF 문제가 발생합니다. 원하는 것보다 많은 RF를 방출 할뿐만 아니라 더 많은 RF를 수신 할 수 있습니다.

하단 (파란색) 레이어의 신호는 리턴 경로가 다음 레이어 (청록색)의 인접한 평면에 있기를 원할 것입니다. 루프 영역이 가능한 한 작기 때문입니다. 상단 (빨간색) 레이어의 신호는 금 레이어의 리턴 경로를 갖습니다.

신호가 상단 레이어에서 시작하여 비아를 통해 하단 레이어로 이동하면 신호 리턴 경로는 비아의 지점에서 금에서 시안 레이어로 전환하기를 원할 것입니다! 이것은 캡 디커플링의 주요 기능입니다. 일반적으로 한 평면은 GND이고 다른 평면은 VCC입니다. 평면 간 전환시 신호 복귀 경로가 디커플링 캡을 통과 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 전력상의 이유로 분명히 필요하지 않은 경우에도 비행기 사이에 캡을 두는 것이 종종 중요합니다.

평면 사이에 디커플링 캡이 없으면 리턴 경로가 더 직접적인 경로를 취할 수 없으므로 루프 영역의 크기가 커지고 EMC 문제가 증가합니다.

그러나 평면의 공극 / 분열은 더욱 문제가 될 수 있습니다. 금 층에는 분할면과 신호 추적이있어 문제가 발생합니다. 빨간색과 금색 레이어를 비교하면 신호가 평면의 공극을 어떻게 교차하는지 볼 수 있습니다. 신호가 비행기의 공극을 지나갈 때마다 무언가가 나빠질 것입니다. 귀환 전류는 비행기에있을 것이지만 공극을 가로 지르는 흔적을 따라갈 수 없으므로 큰 우회를해야합니다. 이는 루프 영역과 EMC 문제를 증가시킵니다.

신호가 교차하는 곳의 빈 공간에 캡을 놓을 수 있습니다. 그러나 더 나은 접근 방식은 처음에는 이것을 피하기 위해 경로를 변경하는 것입니다.

동일한 문제가 발생할 수있는 또 다른 방법은 서로 가까운 여러 개의 비아가있는 경우입니다. 비아와 평면 사이의 간격이 평면에 슬롯을 생성 할 수 있습니다. 틈새를 줄이거 나 비아를 펼치면 슬롯이 형성되지 않습니다.

자, 그것은 보드에서 가장 큰 문제입니다. 일단 당신이 그것을 이해하면 당신은 신호 종료 및 제어 트레이스 임피던스를 봐야합니다. 그 후에는 이더넷 연결에 대한 차폐 및 섀시 GND 문제를 살펴 봐야합니다 (정확하게 설명하기에는 Q에 충분한 정보가 없음).

도움이 되길 바랍니다. 나는 정말로 문제에 시달렸지만 당신은 갈 것입니다.

보드를 다시 말하면 소음이 크게 줄어드는 것 같습니다. 나는 약간의 변화를 일으켰으므로 어떤 것이 책임이 있는지 정확히 알기가 어렵다. 기본적으로 Beckhoff EtherCAT 모듈에 사용 된 EMC주의 사항을 복사했습니다.

• 페라이트 전후에 캡이있는 ET1200 ASIC의 모든 전원 핀에있는 페라이트.
• 나가는 LVDS 라인에서 5pF 커패시터, 2 개의 페라이트 및 공통 모드 초크.
• 전체 접지면이 아래에있는 개선 된 크리스탈 레이아웃. 또한 크리스탈로드 캡 접지의 연결에 관한 Olin의 조언을 따랐 습니다.

실제로 방출되는 것은 무엇입니까? ET1200 자체를 보호하는 것은 도움이되지 않는 것 같습니다. 케이블에 페라이트를 추가하지도 않았습니다. 도움이 된 유일한 것은 PCB를 금속 상자에 넣는 것입니다. 그래서 그것은 PCB의 무언가라고 생각합니다. 아마도 Olin이 제안한 것처럼 접지면이 중앙 급지 패치 안테나 역할을합니다.

25MHz 고조파가 이더넷 관련 문제를 지적한다고 생각합니다. 나는 Micrel 권장 사항에 익숙하지 않지만 대부분의 다른 공급 업체는 phy와 magnetics 사이의 최소 거리를 권장합니다. 또한, 자성체 아래에 연속적인 접지면이 있으며, 대부분의 장소에는 권장되지 않습니다.

레이아웃 그림으로 말하기는 다소 어렵지만, 피하 밑에서 튀어 나와 반대쪽 레이어에 멋진 안테나로 나오는 트레이스처럼 보입니다. 이것은 근거리 프로빙으로 확인할 수 있습니다.

근거리에 멀지 않은 곳에 나타나는 것은 내 이해에 따라 해당 주파수에 대한 효과적인 결합 경로와 안테나가 없다는 것을 의미합니다.

모든 것이 올바르게 우회되었다고 절대적으로 긍정적입니까? 나는 emc 테스터에게 바이 패스 한 개를 놓 쳤기 때문에 통과하지 않고 통과하지 못한 보드가 있다고 말합니다. 바이 패스 캡이 25MHz에서 원하는 방식으로 작동하는지 확인할 수도 있습니다. 트래킹 제너레이터가있는 스펙트럼 분석기와 캡이 납땜 된 50 옴 스트립 라인을 사용하여 실제 작동 방식을 확인하십시오.

데이비드 케스 너의 대답은 여전히 ​​고려할 가치가 있다고 생각합니다. 우리가 여기에 충분한 정보를 충분히 가지고 있다고 생각하지 않습니다.

나는 가장 좋은 방법은 숙련 된 emc 기술로 1 ~ 2 시간을 임대하고 (아마도 하나의 사내가 있음) 그가 보드에 대해 알려주는 모든 것을 흡수하는 것입니다.