¿Qué está irradiando en mi PCB?

Este es un problema difícil de cubrir en un par de cientos de palabras, por lo que será breve y solo tendrá que investigar un poco por su cuenta. Pero intentaré resumirlo lo suficiente para que al menos sepas qué investigar.

Debe conocer la impedancia de seguimiento, la terminación de la señal, las rutas de retorno de la señal y los límites de derivación/desacoplamiento. Si obtuvo estos datos absolutamente correctos, entonces no tendría problemas de EMC. Conseguirlo 100% perfecto es imposible, pero puedes acercarte mucho más de lo que estás ahora.

Primero, veamos las rutas de retorno de la señal... Para cada señal debe haber una ruta de retorno. Normalmente, el retorno está en el plano de potencia o de tierra, pero también podría estar en otro lugar. En tu PCB, la vuelta es en avión. La ruta de retorno va desde el receptor hasta el conductor. El área del 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 del 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 eso 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 hasta la capa inferior, entonces la ruta de retorno de la señal querrá cambiar de la capa dorada a la 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 la señal puede atravesar la tapa de desacoplamiento al cambiar de plano. Es por eso que a menudo es importante tener topes entre planos, incluso cuando obviamente no es necesario por razones de energía.

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

Pero los vacíos/divisiones en los planos pueden ser aún más problemáticos. Su capa de oro tiene planos divididos y rastros de señales, lo que crea 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 salir mal. La corriente de retorno va a estar en el avión, pero no puede seguir el rastro a través del vacío, por lo que tiene que tomar un gran desvío. Esto aumenta el área del bucle y sus problemas de EMC.

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

Otra forma en que se puede crear el mismo problema es cuando tiene varias vías que están muy juntas. El espacio libre entre las vías y el plano puede crear ranuras en los planos. Disminuya la holgura o extienda las vías para que no se forme una ranura.

Ok, ese es el mayor problema con tu placa. Una vez que comprenda eso, debe observar la terminación de la señal y controlar la impedancia del rastro. Después de eso, debe analizar 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 eso ayude. Realmente me emocioné con los problemas, pero eso debería ponerte en marcha.

Habiendo vuelto a girar mi tabla, el ruido parece haberse reducido significativamente. Hice bastantes cambios, por lo que es difícil saber exactamente cuáles fueron los responsables. Básicamente, copié las precauciones de EMC utilizadas en los módulos Beckhoff EtherCAT

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

¿En cuanto a lo que realmente está irradiando? Es difícil estar seguro, proteger el ET1200 en sí mismo no pareció ayudar. Tampoco agregar ferritas al cable. Lo único que ayudó fue encerrar la PCB en una caja de metal. Así que supongo que era algo en la PCB. Quizás el plano de tierra actúa como una antena de parche alimentada por el centro como sugirió Olin.

Creo que los armónicos de 25 MHz 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 magnetics, que no es evidente en su placa. Además, hay un plano de tierra continuo debajo del magnetismo, que tampoco se recomienda en la mayoría de los lugares.

Es bastante difícil decirlo con las imágenes de diseño, pero parece que el rastro que corre debajo del phy luego se extiende y sale como una bonita antena en la capa opuesta. ¿Esto podría confirmarse con un poco de sondeo de campo cercano, tal vez?

Las cosas que aparecen en el campo cercano y no en el lejano significan que, según tengo entendido, no hay una ruta de acoplamiento efectiva y una antena para esa frecuencia.

¿Está absolutamente seguro de que ha pasado por alto todo, verdad? Un probador de emc me dijo que tenía una placa que pasó de no pasar a pasar porque no habían pasado una tapa de derivación. También puede asegurarse de que sus tapas de derivación funcionen de la manera que desea a 25 MHz. Utilice 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 realmente tengamos suficiente información completa aquí.

Creo que lo mejor sería alquilar una hora o dos con un técnico de emc experimentado (tal vez tenga uno interno) y absorber todo lo que le diga sobre su tablero.