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电磁场高速自动扫描技术在高速 PCB设计 中的应用
电磁兼容测试对即将进入市场的电子产品是非常重要的一项测 试，但以往的测试只能得出能否通过的结果，不能提供更多有 用信息。本文介绍利用高速自动扫描技术测量电磁辐射，检测 PCB板上电磁场的变化情况，使工程技术人员在进行电磁兼容 性标准测试前就能发现相关问题并及时予以纠正。
随着当今电子产品主频提高、布线密度增加以及大量 BGA封
装器件和高速逻辑器件的使用，设计人员不得不通过增加 PCB
板的层数来减少信号与信号间的相互影响。同时在大量便携式 终端设备中，为了降低系统功耗必须采用多电平方案，而这些 设备还有模拟或者 RF电路，需要采用多种地，又必须使用电 源平面和地平面分割的技术。因此 PCB板上的信号之间存在大 量辐射干扰，造成设备功能故障或者工作不稳定，而且所有信 号对外形成很强电磁辐射，使得 EMC测试也成为产品上市的一 个障碍。
目前大部分硬件工程师还只是凭经验来设计 PCB，在调试过
程中，很多需要观测的信号线或者芯片引脚被埋在 PCB中间 层，无法使用示波器等工具去探测，如果产品不能通过功能测 试，他们也没有有效的手段去查找问题的原因。要想验证产品 的EMC特性，只有把产品拿到标准电磁兼容测量室去测量，由 于这种测量只能测产品对外辐射情况，就算没有通过也不能为 解决问题提供有用的信息，因此工程师只能凭经验去修改
PCB，并重复实验。这种实验方法非常昂贵，而且可能耽误产 品的上市时间。
当然，现在有很多高速 PCB分析和仿真设计工具，可以帮助 工程师解决一些问题，可是目前在器件模型上还存在很多限 制，例如能解决信号完整性（SI）仿真的IBIS模型就有很多器件 没有模型或者模型不准确。要精确仿真 EMC问题，就必须用
SPICE模型，但目前几乎所有的 ASIC都不能提供SPICE模 型，而如果没有SPICE模型，EMC仿真是无法把器件本身的 辐射考虑在内的（器件的辐射比传输线的辐射大得多）。另外，仿 真工具往往要在精度和仿真时间上进行折中，精度相对较高 的，需要的计算时间很长，而仿真速度快的工具，其精度又很 低。因此用这些工具进行仿真，不能完全解决高速 PCB设计中
的相互干扰问题。
我们知道，在多层PCB中高频信号的回流路径应该在该信号 线层临近的参考地平面（电源层或者地层）上，这样的回流和阻抗 最小，但是实际的地层或电源层中会有分割和镂空，从而改变 回流路径，导致回流面积变大，弓I起电磁辐射和地弹噪声。女口
果工程师能清楚电流路径的话，就能避免大的回流路径，从而
有效控制电磁辐射。但信号回流路径由信号线布线、 PCB电源
和地分布结构以及电源供电点、去耦电容和器件放置位置和数 量等多种因素所决定，故而对复杂系统的回流路径从理论上进 行判定非常困难。
所以在设计阶段排除辐射噪声问题非常关键。我们用示波器
能看到信号的波形，从而可帮助解决信号完整性问题，那么有
没有设备能看到辐射的图形”以及电路板上的回流呢?
电磁场高速扫描测量技术
在各种电磁辐射测量方法中，有一种近场扫描测量方法能解 决这个问题，该方法基于这样的原理设计，即电磁辐射是被测 设备（DUT）上的高频电流回路形成的。如加拿大 EMSCAN公司
的电磁辐射扫描系统 Emscan就