兼具速度与精度的一种电磁扫描新技术

Speed Meets Accuracy in a New EM Scanning Technique

EMSCAN，加拿大阿尔伯塔卡尔加里

对于集成电路和电路板的设计师来说，电磁辐射是一个关键问题。设计师需要保证最终产品符合限制电磁辐射的国际标准。他们还需要保证一个产品既不干扰自身，并且产品用于系统集成时也不干扰其它设备。如果在设计初期忽视或没有解决电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）的问题，会导致生产延期，错过产品上市时间，或者付出更高的代价。为了在早期解决EMI和EMC问题，就要先于兼容性测试之前发现这些细节信息，而标准远场兼容性测试却不能提供这些信息。远场测试可以表明待测器件是否通过测试，但是不能为找到辐射问题的根本原因提供太多有价值的帮助。因此，能够定位问题的甚近场工具非常重要，好的工具兼具速度和准确的特点。

目前大多数工具不是侧重高速度就是侧重高精度，两者没有兼具。传统手持探针可以用于找到辐射源，但是不能反映电路板的整体情况，并且容易遗漏潜在的辐射源。机械定位可以在可能发生辐射的地方高精度独立扫描全部特征，但是需要好几个小时。使用多重探针阵列同时扫描是一个更加快速的办法，用户可以在不到一秒内扫描整块电路板或者板上的一个区域。扫描阵列不仅快速，而且具有测试可重复性。

速度和精度两者皆优

这项新型扫描技术可以同时保证速度和精度，几分钟之内就能够精确地定位辐射的位置，甚至能找到来自集成电路或者微芯片内部的辐射源。EMSCAN公司的EMxpert^TM ERX+^TM将1218个探针组成的阵列和高性能精确的机械移动结合起来，可以提供更高的分辨率。机械定位器按步骤移动整个阵列，以覆盖探针之间的间隙。根据用户的设定，这项技术通过将扫描的区域划分成越来越小的网格，将测试点的密度提高到16000倍（如图1）。这项增加扫描密度的能力显著提高了扫描获得的空间图像分辨率。例如，从第1级扫描提高到最高密度设定的第8级扫描，可以将测试点等效间距从7.5毫米降低到仅0.06毫米。即使是器件内部细小的特点也变得清晰可见。

图1：EMxpert ERX+第1级（a）和第3级（b）的空间扫描

EMxpert ERX+可以迅速扫描产品的磁场分布特性，测试结果可视化。具有直观视觉图像功能的嵌入式频谱分析仪，既能提供频域图像、确定辐射频率，又能提供空域图像、发现辐射位置（如图2）。

图2：频域（a）和空域（b）扫描的视图

迅速扫描通常可以确定多个辐射，EMxpert ERX+软件设计可以选择在待测板卡附近“跳跃”的扫描方式，通过位置或者频率分离并放大相应辐射。将设计文件或者电路板图像和空域图像叠加，更加容易找到测得的能量场和特定电路特征之间的关联，例如IC、电源层和控制线等（如图3）。对于多层电路板来说，可以顺着从某层延伸到更深层的走线产生的辐射，显示多层信息。如果电流流向了有屏蔽的内层，外部环境中就没有电磁场能量了，EMxpert ERX+也无法测量了。在这种情况下，此电流就和辐射问题无关了。如果辐射从屏蔽结构的孔或者是电路板的边缘泄露出来，屏蔽结构是导致辐射问题的根本原因的话，像这种情况扫描仪是可以测量的。

图3：耦合到电源层（a）和控制线（b）上的能量

集成电路内部

EMxpert ERX+的超高分辨率使其可以一窥集成电路内部，按照不同频率分离各个管脚或者飞线上产生的辐射。频域和空域的视图结果可以合并，形成辐射的一个三维图像。向集成电路内部看去，无论辐射是来自于硅片、来自于集成电路的管脚，还是来自于电路板上的其它地方却传导至集成电路，都可以看到辐射的来源（如图4）。有了这些信息，再结合集成电路设计经验，用户就可以解决辐射问题了。

图4：集成电路在100MHz (a)、120MHz (b)和130 MHz (c)频点上的辐射视图

EMxpert ERX+的能力可以加快产品推向市场的进度，减少项目成本并增加产量。EMxpert ERX+带来的瞬间实时扫描能力可以发现瞬发和连续的电磁辐射。其空域和频域的扫描能力可以让设计团队在产品设计过程中减少一至两个设计周期。而且还能将电磁兼容测试的时间缩短两个数量级。EMxpert ERX+可以在设计师的工作场所进行扫描，几分钟内就能获得测试结果。而在第三方暗室内测试新产品，可能需要等几天甚至几周直到暗室有空闲时间，再跑到暗室所在的测试地点进行测试。EMxpert ERX+系统提供的空域和频域扫描提高了记录新特点的能力，可以成为产品营销中为用户提供产品的电磁特征图像证明的关键要素。 （译者：于斌）

EMSCAN

加拿大阿尔伯塔卡尔加里

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