Apa yang terpancar pada PCB saya?

Baru-baru ini saya melakukan tes EMC yang tepat pada PCB saya. Itu gagal tes, dan tampaknya memancar di wilayah 300MHz - 1GHz, dengan puncak setiap 50MHz, dan sedikit puncak pada 25MHz.

Melihat bidang yang dekat, Anda dapat dengan jelas melihat banyak harmonik 25MHz di sekitar:

Papan berisi kristal 25MHz, yang harus menjadi sumber sinyal, tetapi pertanyaannya adalah, apa yang terpancar di papan? Apa yang bisa menjadi antena? Calon yang bisa saya pikirkan adalah:

• Pesawat ground bertindak sebagai antena tambalan tengah. Papan ini berukuran 23mm x 47mm, yang membuatnya menjadi seperempat panjang gelombang sekitar 1.6GHz!
• Induktor dalam catu daya. Papan berisi TPS84250 dan EN5312 terintegrasi IC power supply switching induktor. Mungkin sinyal 25MHz menemukan jalan kembali ke induktor di IC ini dan menggunakannya sebagai antena.
• Kabel. Meskipun menambahkan ferrites ke kabel selama pengujian tampaknya tidak ada bedanya, yang membuat saya percaya itu adalah sesuatu pada PCB itu sendiri.
• Sesuatu yang lain Saya tidak bisa memikirkan apa lagi yang cukup besar untuk dipancarkan pada frekuensi rendah.

Peralatan yang Diuji terdiri dari sepasang PCB yang ditumpuk bersama. Bagian bawah berisi kristal 25MHz dan chip yang menggunakannya. Yang paling atas berisi komponen catu daya.

Pertanyaan untuk poin bonus: Bagaimana mungkin ada banyak harmonik 25MHz di sekitar dalam bidang dekat, tetapi hanya harmonik 100MHz dan 50MHz yang terdeteksi di medan jauh?

Ini adalah masalah yang sulit untuk dibahas dalam beberapa ratus kata, jadi ini akan singkat dan Anda hanya perlu melakukan riset sendiri. Tetapi saya akan mencoba meringkasnya sehingga Anda setidaknya tahu apa yang harus diteliti.

Anda perlu tahu tentang jejak impedansi, terminasi sinyal, jalur pengembalian sinyal, dan bypass / decoupling cap. Jika Anda mendapatkan ini benar-benar benar maka Anda akan memiliki nol masalah EMC. Mendapatkannya 100% sempurna itu tidak mungkin, tetapi Anda bisa menjadi lebih dekat daripada Anda sekarang.

Pertama, mari kita lihat jalur pengembalian sinyal ... Untuk setiap sinyal harus ada jalur kembali. Biasanya kembalinya ada di pesawat listrik atau darat, tapi bisa juga di tempat lain. Pada PCB Anda, kembalinya ada di pesawat. Jalur kembali berjalan dari penerima kembali ke pengemudi. Area loop adalah loop fisik yang dibuat oleh sinyal plus jalur kembali. Biasanya hukum fisika akan menyebabkan area loop sekecil mungkin - tetapi routing PCB ingin mengacaukannya.

Semakin besar area loop, semakin banyak masalah RF yang Anda miliki. Anda tidak hanya akan memancarkan lebih banyak RF daripada yang Anda inginkan, tetapi Anda juga akan menerima lebih banyak RF.

Sinyal pada lapisan bawah (biru) akan menginginkan jalur baliknya berada pada bidang yang berdekatan pada lapisan berikutnya (cyan) - karena itu membuat area loop sekecil mungkin. Sinyal pada lapisan atas (merah) akan memiliki jalur pengembalian pada lapisan emas.

Jika sinyal dimulai pada lapisan atas kemudian melewati via ke lapisan bawah maka jalur pengembalian sinyal akan ingin beralih dari emas ke lapisan cyan, pada titik via! Ini adalah fungsi utama dari topi decoupling. Biasanya satu pesawat adalah GND dan yang lainnya adalah VCC. Jalur pengembalian sinyal dapat melewati tutup decoupling ketika berganti antar pesawat. Itulah sebabnya seringkali penting untuk memiliki tutup di antara pesawat bahkan ketika itu jelas tidak diperlukan karena alasan kekuatan.

Tanpa tutup decoupling antara pesawat, jalur balik tidak dapat mengambil rute yang lebih langsung sehingga area loop bertambah besar - dan masalah EMC meningkat.

Tapi kekosongan / perpecahan di pesawat bisa lebih bermasalah. Lapisan emas Anda memiliki bidang yang terbelah, dan jejak sinyal, yang menimbulkan masalah. Jika Anda membandingkan lapisan merah dan emas Anda akan melihat bagaimana sinyal melintasi rongga di pesawat. Setiap kali sinyal melewati kekosongan di pesawat maka sesuatu akan memburuk. Arus balik akan berada di pesawat, tetapi tidak dapat mengikuti jejak di kekosongan sehingga harus mengambil jalan memutar besar. Ini meningkatkan area loop dan masalah EMC Anda.

Anda dapat menempatkan tutup di kekosongan, tepat di tempat sinyal bersilangan. Tetapi pendekatan yang lebih baik adalah mengubah rute hal-hal untuk menghindari ini di tempat pertama.

Cara lain masalah yang sama dapat dibuat adalah ketika Anda memiliki beberapa vias yang berdekatan. Jarak antara vias dan pesawat dapat membuat slot di pesawat. Baik mengurangi clearance, atau menyebarkan vias sehingga slot tidak terbentuk.

Ok, jadi itu masalah terbesar dengan papan Anda. Setelah Anda memahami itu maka Anda harus melihat penghentian sinyal dan mengendalikan jejak impedansi. Setelah itu, Anda harus melihat perisai dan masalah sasis GND dengan koneksi Ethernet Anda (tidak cukup info di Q untuk berkomentar secara akurat).

Saya harap itu membantu. Saya benar-benar dilanda masalah tetapi itu harus membuat Anda pergi.

Setelah memutar ulang papan saya, kebisingan tampaknya berkurang secara signifikan. Saya membuat beberapa perubahan, jadi sulit untuk mengetahui persis mana yang bertanggung jawab. Pada dasarnya, saya menyalin tindakan pencegahan EMC yang digunakan dalam modul Beckhoff EtherCAT

• Ferrite pada semua pin power dari ET1200 ASIC, dengan tutup sebelum dan sesudah ferit.
• Kapasitor 5pF, dua ferit dan mode umum tersedak pada saluran LVDS keluar.
• Tata letak kristal ditingkatkan, dengan bidang tanah penuh di bawahnya. Saya juga mengikuti saran Olin tentang hubungan tanah topi beban kristal.

Adapun apa yang sebenarnya memancar? Sulit untuk memastikan, melindungi ET1200 itu sendiri sepertinya tidak membantu. Juga tidak menambahkan ferrites ke kabel. Satu-satunya hal yang membantu adalah melampirkan PCB dalam kotak logam. Jadi saya kira itu adalah sesuatu di PCB. Mungkin bidang tanah bertindak sebagai antena tambalan tengah seperti yang disarankan Olin.

Saya pikir titik harmonik 25MHz menunjuk ke isu-isu terkait ethernet. Saya tidak terbiasa dengan rekomendasi Micrel, tetapi kebanyakan vendor lain merekomendasikan jarak minimum antara phy dan magnet, yang tidak terlihat di papan Anda. Juga, ada bidang tanah kontinu di bawah magnet, yang juga tidak direkomendasikan di sebagian besar tempat.

Agak sulit untuk mengetahui dengan gambar tata letak, tetapi sepertinya jejak yang berjalan di bawah phy kemudian keluar dan keluar sebagai antena yang bagus di lapisan yang berlawanan. Ini bisa dikonfirmasi dengan penyelidikan lapangan dekat, mungkin?

Hal-hal yang muncul di bidang dekat dan tidak jauh, berarti tidak ada jalur kopling dan antena yang efektif untuk frekuensi itu, dalam pemahaman saya.

Apakah Anda benar-benar positif Anda memiliki segalanya dilewati kan? Saya memiliki tester emc yang memberi tahu saya bahwa dia memiliki satu papan yang berubah dari tidak lulus menjadi lewat karena mereka telah melewatkan satu tutup bypass. Anda juga bisa memastikan topi pintas Anda bekerja seperti yang Anda inginkan di 25MHz. Gunakan penganalisis spektrum dengan generator pelacakan dan garis strip 50 ohm dengan tutup disolder ke atasnya, dan lihat bagaimana mereka benar-benar bekerja.

Saya pikir jawaban David Kessner masih layak dipertimbangkan. Saya merasa kami tidak memiliki informasi yang cukup lengkap di sini.

Saya pikir yang terbaik adalah menyewa satu atau dua jam dengan teknologi emc yang berpengalaman (mungkin Anda memiliki satu inhouse), dan menyerap semua yang dia katakan tentang papan Anda.