CN210376606U

CN210376606U - 一种用于pcb电路板的电磁场测量装置

Info

Publication number: CN210376606U
Application number: CN201920873346.0U
Authority: CN
Inventors: 廖贵文; 何宽芳; 姜永正; 胡亚凡; 彭延峰; 李泽沛; 卢伟
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-06-11

Abstract

本实用新型公开了一种用于PCB电路板的电磁场测量装置，它包括传感单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机单元；所述的传感单元输入端采集PCB电路板三个方向上的电磁场辐射变化信息，使传感器内的巨磁阻阻值发生变化，其输出端与信号调理单元输入端相连接，信号调理单元输出端与数据采集单元输入端相连接，数据采集单元输出端与计算机单元通过网口连接。本实用新型解决了现有测量装置精度不高、测量方向单一等问题，实现了PCB电路运行过程中电磁场辐射信号的高速准确的记录和存储，为PCB电路板的电磁场的计算提供了数据基础；广泛适应于PCB电路板运行过程中电磁场辐射变化及其电磁场辐射最大位置的变化进行实时在线检测及分析。

Description

一种用于PCB电路板的电磁场测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电磁场测量装置，具体涉及一种用于PCB电路板的电磁场检测装置。

背景技术

电磁场特性是影响印刷电路板可靠性关键的一个因素。随着电子设备追求小型化、低功耗、高性能等目标，使得器件的密度越来越高，PCB的电源方案越来越复杂，工作频率越来越高，出现传输线增加、布线密度加大、参考平面多处分割等现象，使得PCB各种耦合作用大大增强，不仅对外构成干扰源，抵抗外界电磁干扰的性能也不能尽人意。而且会导致设备工作不稳定或者不能工作，同时也使得设备的电磁兼容性认证测试变得非常困难，也同样会影响电源完整性和信号完整性。在PCB设计时考虑电磁场辐射问题，能给产品的最终出厂提供一个有力的保证，并减少成本支出。而传统的示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪只能提供整个PCB完整的电磁场信息。

实用新型内容

为了解决现有测量装置测量PCB电路板电磁场过程复杂、测量精度不高的技术问题，本实用新型提供一种安装调试简便、运行可靠、测量精度高的用于电路板电磁场的测量装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种用于电路板电磁场的测量装置，包括传感单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机单元；所述的传感单元输入端直接采集PCB电路板三个方向上的电磁场辐射变化信息，使传感器内的巨磁阻阻值发生变化，其输出端与信号调理单元输入端相连接，信号调理单元输出端与数据采集单元输入端相连接，数据采集单元输出端与计算机单元通过网口连接；所述的传感器单元由稳压块U1、电容C1、电阻(R1、R2)、三极管Q1、巨磁阻(Ra、Rb、Rc和Rd)组成，稳压块U1的2脚和5脚接地，15V电源的正极经电阻R1后分别连接到稳压块U1的4脚和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极经电阻R2接地，巨磁阻(Ra、Rb、Rc和Rd)桥式连接，巨磁阻Ra和Rb的公共端连接到三极管Q1的集电极，巨磁阻Rc和Rd的公共端连接到15V电源，巨磁阻Ra和Rd的公共端以及巨磁阻Rb和Rc的公共端分别作为传感器的正、负输出端。

本实用新型相对现有技术生产的有益效果是：

1、本实用新型的巨磁阻传感器具有精度高、线性好、频带宽、信噪比高、响应快、过载能力强和不损失被测电流能量、测量范围广泛、结构牢固、体积小、重量轻、寿命长等诸多优点，实现测量装置的测量精度，同时能够实现对PCB电路运行过程电磁场的实时测量；

2、本实用新型具有抗干扰能力强，结构简单，安装操作方便等特点，为PCB电路运行过程的电磁场信号进一步分析和PCB可靠性性能监测提供了准确的基础数据；

3、本实用新型的信号调理单元能对电磁场辐射信号进降噪和放大处理，并实现信号的模数(A/D)转换，可极大提高采样信号的精度，可有效保障测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型中数据采集单元的原理框图。

图3为本实用新型中传感单元的电路图。

图4为本实用新型中信号调理单元的电路图。

图5为本实用新型中数据采集单元的电路图。

图中：1传感单元；1-1巨磁阻传感器；2信号调理单元；3数据采集单元；4计算机单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型包括传感单元1、信号调理单元2、数据采集单元3和计算机单元4；所述传感单元1输入端所述的传感单元1输入端采集PCB电路板电磁场辐射变化信息，使传感器内的巨磁阻阻值发生变化，其输出端与信号调理单元2输入端相连接，信号调理单元2输出端与数据采集单元3输入端相连接，数据采集单元3输出端与计算机4相连接。

本实用新型的工作过程如下：传感单元1输入端直接采集PCB电路运行过程中的电磁场变化信息，电磁场辐射经过巨磁阻传感器，使巨磁阻的阻值发生改变，并将接收电磁信号转化为电信号；传感单元1输出端与信号调理单元2的输入端端口相连接，将传感单元输出的电信号传输至信号调理单元2，信号调理单元2将接受到的电信号进行放大、噪声处理；信号调理单元2输出端与数据采集单元3输入端相连接，数据采集单元3主要实现信号的模数转换；数据采集单元3输出端与计算机单元4通过以太网相连接，采集数据送到计算机单元4后进行存储与显示。

如图2所示，图2为本实用新型中数据采集单元(3)的原理框图，其主要部分的电路图如图5所示。数据采集单元(3)主要以ARM处理器组成，电信号通过A/D转换器进行信号处理后，将信号传递给ARM进行处理，ARM以STM32F103RCT6作为采集单元的核心负责数据管理，STM32F103RCT6单片机是是ST公司出品的一款以ARM Cortex-M3为内核，主频达72MHZ的单片机，内部包含256KB的Flash和48KB的RAM，64引脚的LQFP封装，还包括电源模块、复位模块、A/D转换器、键盘模块、数据存储器、时钟模块，显示模块、以太网接口。

如图3所示，图3为本实用新型中传感单元(1)的电原理图。所述的传感器单元(1)由稳压块U1、电容C1、电阻(R1、R2)、三极管Q1、巨磁阻(Ra、Rb、Rc和Rd)组成，稳压块U1的2脚和5脚接地，15V电源的正极经电阻R1后分别连接到稳压块U1的4脚和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极经电阻R2接地，巨磁阻(Ra、Rb、Rc和Rd)桥式连接，巨磁阻Ra和Rb的公共端连接到三极管Q1的集电极，巨磁阻Rc和Rd的公共端连接到15V电源，巨磁阻Ra和Rd的公共端以及巨磁阻Rb和Rc的公共端分别作为传感器的正、负输出端。稳压块U1采用LT1019超低温漂电压基准芯片，LT1019是美国TI公司生产的一种高精度参考电压发生器，精度高、温度漂移小,最小输入/输出电压差小于1V，可提供2.5V、4.5V、5V、10V四种电压，输出电压偏差小于0.05％。通入10V电压，为巨磁阻电阻变化转换为电信号变化提供了一个稳定的恒流源。

如图4所示，图4为本实用新型中信号调理单元(2)的电路图，所述的信号调理单元(2)由放大器U2、电阻Rp10～Rp16、电阻R10、电容Cp8～Cp11、二极管Dp6组成，输入信号负端经电阻Rp10和Rp12后连接到放大器U的1脚；输入信号正端经电阻Rp11和Rp13后连接到放大器U2的2脚，放大器U2的2脚经电阻R10接地；电容Cp8一端连接在电阻Rp10和Rp12之间，另一端接地；电容Cp9一端连接在电阻Rp11和Rp13之间，另一端接地；放大器U2的1脚和5脚之间连接电阻Rp14；放大器U2的4脚经电容Cp10接地；放大器U2的3脚直接接地；放大器U2的5脚经电阻Rp16接地；放大器U2的5脚经电阻Rp15后接到输出端，二极管Dp6的阳极接输出端，二极管Dp6的阴极接－3.3V电源；电容Cp11接在输出端与地之间。放大器U2采用的是LMV358IDR运算放大器。LMV358IDR运算放大器是ST公司出品的一款8引脚的SOICN封装，电压增益100dB的通用放大器。其最大电源电压为±16V,最大电源电流为1.2mA。放大电路输入端与巨磁阻桥路输出端相连，将巨磁阻桥路输出端的电信号在经过电阻Rp10、Rp11和电容Cp8、Cp9对电信号进行RC滤波，再将滤波后的电信号通过LMV358IDR运算放大器进行信号放大，再把放大后的电信号经过电阻Rp15和电容Cp11再次进行RC滤波处理，最后将处理过的电信号传输到A/D转换器中进行数模转换。Dp6为防止输出端电压过高烧坏IO输出口的二极管。

本实用新型采用巨磁阻传感器测量PCB电路板的电磁场，具有抗干扰能力强、结构简单、安装操作方便等特点，为PCB电路板运行中电磁场信号进一步分析和PCB电路板可靠性性能的检测和控制提供了一套高实时性、高可靠性的平台。

Claims

1.一种用于PCB电路板的电磁场测量装置，其特征在于：它包括传感单元(1)、信号调理单元(2)、数据采集单元(3)和计算机单元(4)；所述的传感单元(1)输入端直接采集PCB电路板三个方向上的电磁场辐射变化信息，使传感器内的巨磁阻阻值发生变化，其输出端与信号调理单元(2)输入端相连接，信号调理单元(2)输出端与数据采集单元(3)输入端相连接，数据采集单元(3)输出端与计算机单元(4)通过网口连接，所述的传感单元(1)由稳压块U1、电容C1、电阻（R1、R2）、三极管Q1、巨磁阻（Ra、Rb、Rc和Rd）组成，稳压块U1的2脚和5脚接地，15 V电源的正极经电阻R1后分别连接到稳压块U1的4脚和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极经电阻R2接地，巨磁阻（Ra、Rb、Rc和Rd）桥式连接，巨磁阻Ra和Rb的公共端连接到三极管Q1的集电极，巨磁阻Rc和Rd的公共端连接到15V电源，巨磁阻Ra和Rd的公共端以及巨磁阻Rb和Rc 的公共端分别作为传感器的正、负输出端。

2.根据权利要求1所述的用于PCB电路板的电磁场测量装置，其特征在于：所述的稳压块U1采用LT1019。

3.根据权利要求1所述的用于PCB电路板的电磁场测量装置，其特征在于：所述的信号调理单元由放大器U2、电阻Rp10~ Rp16、电阻R10、电容Cp8~ Cp11、二极管Dp6组成，输入信号负端经电阻Rp10和Rp12后连接到放大器U的1脚；输入信号正端经电阻Rp11和Rp13后连接到放大器U2的2脚，放大器U2的2脚经电阻R10接地；电容Cp8一端连接在电阻Rp10和Rp12之间，另一端接地；电容Cp9一端连接在电阻Rp11和Rp13之间，另一端接地；放大器U2的1脚和5脚之间连接电阻Rp14；放大器U2的4脚经电容Cp10接地；放大器U2的3脚直接接地；放大器U2的5脚经电阻Rp16接地；放大器U2的5脚经电阻Rp15后接到输出端，二极管Dp6的阳极接输出端，二极管Dp6的阴极接－3.3V电源；电容Cp11接在输出端与地之间。

4.根据权利要求3所述的用于PCB电路板的电磁场测量装置，其特征在于：所述的放大器U2采用的是运算放大器LMV358IDR。