Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
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Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Schule: HTBLuVA Abteilung / Zweig: Elektronik / Technische Informatik Lehrperson: Dipl.-Ing. Markus Tillich Jahrgang: 2005 / 06 Klasse: 4AHELI 1 Anmerkung Rechenbeispiele sind mit einem Strich auf der Seite gekennzeichnet. 2 Inhaltsverzeichnis 1 2 3 4 5 6 Anmerkung......................................................................................................................... 2 Inhaltsverzeichnis............................................................................................................... 2 Störmodell .......................................................................................................................... 4 Frequenzbereiche ............................................................................................................... 5 Gleichtakt und Gegentaktstörungen ................................................................................... 6 Kopplungsarten .................................................................................................................. 7 6.1 Galvanische Kopplung ............................................................................................... 7 6.2 Kapazitive Kopplung (E-Feld-Kopplung).................................................................. 8 6.2.1 für niedrige Frequenzen ( RL << (jω(C12+C2M))-1 ): ........................................... 8 6.2.2 für hohe Frequenzen (Ri//RL >> (jω(C12+C2M))-1 ): ........................................... 8 6.3 Induktive Kopplung (H-Feld-Kopplung) ................................................................... 9 6.3.1 Magnetfeld eines Leiters .................................................................................. 10 6.3.2 Magnetfeld einer Leiterschleife ....................................................................... 10 6.4 Strahlungskopplung (EM-Feld-Kopplung) .............................................................. 11 6.4.1 lineare kurze Antenne l < λ/10 ........................................................................ 11 6.4.2 Rahmenantenne d*π < λ10............................................................................. 12 6.4.3 Schlitzantenne (Aperturstrahler) ...................................................................... 12 6.4.4 Doppelleitung ................................................................................................... 13 7 Störmechanismen ............................................................................................................. 13 7.1 Geschaltete Induktivität............................................................................................ 13 7.2 Funken...................................................................................................................... 13 7.3 Netzrückwirkungen .................................................................................................. 14 7.4 Elektrochemische Störungen.................................................................................... 14 8 Elektrostatische Entladung............................................................................................... 15 8.1 Speicherung der Ladung........................................................................................... 16 9 Signalspektren .................................................................................................................. 16 9.1 Periodische Signale .................................................................................................. 16 9.1.1 Sinusspannung mit f0 ........................................................................................ 16 9.1.2 Rechteckspannung (symmetrisch).................................................................... 17 9.1.3 Rechteckspannung (unsymmetrisch)................................................................ 17 9.1.4 Dreieckspannung.............................................................................................. 17 9.1.5 Trapezförmige Spannung ................................................................................. 18 9.2 Einmalige (transiente) Signale ................................................................................. 18 9.2.1 einmaliges Rechteck......................................................................................... 18 9.2.2 Trapezförmiges einmaliges Signal ................................................................... 18 9.2.3 Abschätzung des Frequenzgehaltes von einem ESD-Impuls........................... 19 9.3 Ringing ..................................................................................................................... 19 10 EMV-relevante Eigenschaften elektronischer Bauelemente........................................ 19 10.1 Leiter ........................................................................................................................ 19 10.2 Runddrähte ............................................................................................................... 20 10.3 Interne Selbstinduktivität ......................................................................................... 20 10.4 Externe Kapazität und Induktivität der Leiterplatte................................................. 21 HTL / EMV 4AHELI Seite 2 / 37 10.5 ESB für Leitungen (l < λ/10).................................................................................... 21 10.6 HF – Verhalten von Bauteilen.................................................................................. 22 10.6.1 ESB-Widerstand............................................................................................... 22 10.6.2 ESB – Kondensatoren ...................................................................................... 22 10.6.3 Parallelschalten von verschiedenen Kondensatoren ........................................ 23 10.6.4 ESB - Induktivitäten......................................................................................... 23 10.6.5 Ausführungsformen von EMV-Spulen ............................................................ 24 11 Überspannungsableiter ................................................................................................. 26 11.1 Prinzipschaltbild....................................................................................................... 26 11.2 Relevante Parameter:................................................................................................ 26 11.3 Man unterscheidet zwischen .................................................................................... 27 11.4 Gestaffelter Überspannungsschutz (dreistufig)........................................................ 28 12 Designregeln für Printplattenentwurf........................................................................... 29 12.1 Boardinterne Störquellen.......................................................................................... 29 12.2 Entstehung von Störsignalen.................................................................................... 29 12.3 Pfade beim Schalten von Gattern ............................................................................. 30 13 Auswahl von Bauelementen......................................................................................... 31 13.1 µP-Gehäuseformen................................................................................................... 31 13.2 Tiefpassfilterung am Print........................................................................................ 31 13.3 Wahl von Taktfrequenzen ........................................................................................ 32 14 Anordnung der Bauelemente auf dem Print................................................................. 32 14.1 Minimierung der Störaussendungen von den Leiterbahnen..................................... 33 14.2 Minimierung von Störungen durch Gleichtaktstörungen auf Verbindungsleitungen 34 14.3 Störstrahlung an Kabeln (Kabelschirmen) ............................................................... 37 HTL / EMV 4AHELI Seite 3 / 37 EMV…Elektromagnetische Verträglichkeit EMC…electromagnetic compatibility Definition: Die EMV ist die Fähigkeit eines elektrischen Gerätes in einer elektromagnetischen Umgebung zufrieden stellend zu funktionieren, ohne andere Geräte dabei zu beeinflussen. Anlass: Seit 1. 1. 1996 schreibt die EU verpflichtend vor, dass alle in der EU in den Verkehr gebrachten elektrischen Geräte der EMV-Richtlinie für die CE-Kennzeichnung entsprechen. Vorraussetzungen für die CE-Kennzeichnung: • das Gerät soll störarm und störfest sein • Anforderungen sollten messtechnisch geprüft sein • zertifizierte oder akkreditierte Prüfstelle erzeugt Prüfbericht (TÜV, Seibersdorf) Æ Konformitätsbescheinigung (vom Erzeuger) 3 Störmodell Für die Konformitätsmessung sind grundsätzlich 4 Arten von Messaufgaben zu unterscheiden: Störemissionsmessung: • Störstrahlung (Radiated Emission) • Leitungsgeführte Störungen Störfestigkeitsmessung: • Einstrahlfestigkeit (Radiated Susceptibility) • Immunität gegenüber leitungsgebundenen Störungen (Conducted Susceptibility) HTL / EMV 4AHELI Seite 4 / 37 4 Frequenzbereiche Grundsätzlich von 0Hz bis einige 100GHz - praktisch immer nur Teilbereiche relevant. • • • • • Netzrückwirkungen (Netzoberschwingungen) 100Hz – einige kHz Funkenentstörung (Bohrmaschine, Mixer) 100kHz – 1GHz Messung leitungsgeführter kontinuierlicher Störsignale (AM-Sender, CB-Funk) 150kHz – 30MHz Messung von Funkstörfeldstärken (VHF, UHF, GSM, UMTS) 30MHz – 3GHz Messung der äquivalenten Störstrahlungsleistung (µ-Wellenherd [2,45GHz, ISMBand], Roadpricing[5GHz], Verkehrsradar[9/35GHz]) 1GHz – 20GHz In der Produktentwicklung sollte die EMV von Anfang an eingebunden werden. • • • • Schon die Wahl ungeeigneter Bauteile (Komponenten) legt den Grundstein für spätere EMV Probleme. Auf PCB Ebene (Printed Circuit Board) kann ein ungeeignetes Layout zu massiven Abstrahlproblemen führen. Sogar die Software spielt eine nicht unwichtige Rolle. Eine EMV gerechte Codierung verhindert Fehleranfälligkeit. Beim Zusammenschalten von Geräten kann obwohl beide Komponenten für sich CE konform sind ein Problem auftreten. Störquelle galvanische Kopplung Kopplungspfad kapazitive (EFeld) Kopplung Induktive (HFeld) Kopplung Störsenke elektromagnetische Kopplung „FUNK“ Signalübertragung Signale können symmetrisch oder unsymmetrisch übertragen werden. HTL / EMV 4AHELI Seite 5 / 37 …symmetrische Übertragung …unsymmetrische Übertragung 5 Gleichtakt und Gegentaktstörungen symmetrische Signalübertragung: unsymmetrische Signalübertragung: Ist der ZM sehr klein, ist die Störquelle kurzgeschlossen (Masseflächen verwenden). Symmetrische Störungen = Gegentaktstörungen = differential mode Unsymmetrische Störungen = Gleichtaktstörungen = common mode HTL / EMV 4AHELI Seite 6 / 37 Symmetrische Störungen kann man nur filtern. Bei einer symmetrischen Signalübertragung treten keine asymmetrischen Störungen auf. 6 Kopplungsarten 6.1 Galvanische Kopplung Beim Entflechten sollte man möglichst dicke Masseleitungen haben (ZK sehr klein). z.B.: Erdschleife z.B.: gemeinsame Spannungsversorgung HTL / EMV 4AHELI Seite 7 / 37 6.2 Kapazitive Kopplung (E-Feld-Kopplung) Entsteht durch Streukapazitäten der Leitungen untereinander. Æ C-MOS: C2M ≈ 5pF / Gatter C12 ≈ 0,1 – 1pF/cm (Leitungslänge) Ri 100-300Ω Beispiel: C12 = 5pF C2M = 5pF Ri = 100Ω fg = 160MHz IC = C*∆U/∆t = 5pF*5V/10ns Ust = IC * Ri = 25pVs/10ns * 100Ω = 0,25V Bei Advanced CMOS (Anstiegszeiten von ns) kann das problematisch werden. 6.2.1 für niedrige Frequenzen ( RL << (jω(C12+C2M))-1 ): I * ∆t = C * ∆U (allg. Signale – z.B. Rechteck) 6.2.2 für hohe Frequenzen (Ri//RL >> (jω(C12+C2M))-1 ): HTL / EMV 4AHELI Seite 8 / 37 Man sollte nicht zwei schnelle Signalleitungen nebeneinander laufen lassen, wenn nötig kann man mit einer Masseleitung in der Mitte abschirmen. 6.3 Induktive Kopplung (H-Feld-Kopplung) Tritt zwischen stromdurchflossenen elektrischen Kreisen auf. Jeder Strom erzeugt ein Magnetfeld, das in benachbarte Leiterschleifen Störspannungen induziert. ESB: Ust = jω*M*I1 (steigt proportional mit der Frequenz) HTL / EMV 4AHELI Seite 9 / 37 6.3.1 Magnetfeld eines Leiters 6.3.2 Magnetfeld einer Leiterschleife Bsp.: ESD-Impuls auf benachbarter Leitung HTL / EMV 4AHELI Seite 10 / 37 6.4 Strahlungskopplung (EM-Feld-Kopplung) Liegt vor, wenn sich Störquelle und Störsender in elektrisch großem Abstand befinden. Die Leitungsteile müssen dann als Sende- bzw. Empfangsantenne aufgefasst werden. λ = f * c0 λ…Wellenlänge c0…Lichtgeschwindigkeit Bei l ≈ λ/4 hat man eine perfekte Antenne. 6.4.1 lineare kurze Antenne l < λ/10 Z0…Wellenwiderstand von Luft (120πΩ = 377Ω) HTL / EMV 4AHELI Seite 11 / 37 6.4.2 Rahmenantenne d*π < λ10 Um die Störung klein zu halten, sollten Signalschleifen am Print klein gehalten werden. 6.4.3 Schlitzantenne (Aperturstrahler) maximale Abstrahlung, wenn a oder b = λ/2 Vergleich λ/2 Dipolantenne: E-Feld steht quer zur Schlitzrichtung. HTL / EMV 4AHELI Seite 12 / 37 6.4.4 Doppelleitung IDM…Differenzstrom, Gegentaktstrom ICM…common mode Strom, Gleichtaktstrom EDM kann reduziert werden, indem man die Kabel verdrillt. 7 Störmechanismen 7.1 Geschaltete Induktivität Durch plötzliche Änderung der Stormstärke in einem Stromkreis mit Induktivität können hohe transiente Spannungsspitzen entstehen. 7.2 Funken Funkenentladungen erzeugen Transienten, die sich als Freiraum- und leitungsgeführte Stoßwelle ausbreiten können. Es sind sehr hohe Frequenzanteile enthalten. Æ breitbandiger Störer (z.B.: Autozündanlage, Gasentladungslampe) HTL / EMV 4AHELI Seite 13 / 37 7.3 Netzrückwirkungen = Spannungsschwankungen und Oberwellen Wenn Oberwellen entstehen, ist das Blindleistung (Stromschwankungen ohne Spannungsänderung). z.B.: industrielle Verbraucher, Schaltnetzteile von PCs 7.4 Elektrochemische Störungen Bildung galvanischer Elemente Æ Kontaktspannung Æ Korrosion Ein galvanisches Element besteht aus • Anode (unedleres Metall) • Elektrolyt (Luftfeuchtigkeit) • Kathode (edleres Metall) • el. leitende Verbindung Elektrochemische Spannungsreihe Anode (höchste Korrosion) Mg Zn Al Fe Pb Sn Ni Messing Cu Bronze Ag Au Pt Kathode (geringste Korrosion) HTL / EMV 4AHELI Seite 14 / 37 Elektrolytische Zersetzung wenn zusätzlich Strom fließt. 8 Elektrostatische Entladung Statische Elektrizität entsteht durch Berührung und anschließende Trennung von Materialien. Elektrostatische Entladung erfolgt in 3 Stufen: 1. Entstehung der Ladung auf dem Isolator 2. Ladung wird durch Influenz oder Kontakt zu einem Leiter transferiert. 3. Der geladene Leiter kommt in die Nähe eines metallischen Objektes Æ Entladung Triboelektrische Reihe: Positiv (gibt Elektrizität ab) Negativ (nimmt Elektrizität auf) Luft Haut Glas Haare Nylon Wolle Papier Holz Hartgummi Polyester PVC Silikon Teflon Aufladen durch Influenz HTL / EMV 4AHELI Seite 15 / 37 8.1 Speicherung der Ladung Die in einem Körper gespeicherte Ladung ist in der Kapazität des Objektes gespeichert. tr (trise) ≤ 1ns! Das Problem sind nicht die 30A, sondern die Schnelligkeit des Impulses (Anstieg). 9 Signalspektren 9.1 Periodische Signale Periodische Signale besitzen ein diskretes Spektrum (Fourierreihe). Darstellung im Frequenzbereich mit Spektrumanalysator. 9.1.1 Sinusspannung mit f0 HTL / EMV 4AHELI Seite 16 / 37 9.1.2 Rechteckspannung (symmetrisch) 9.1.3 Rechteckspannung (unsymmetrisch) 9.1.4 Dreieckspannung HTL / EMV 4AHELI Seite 17 / 37 9.1.5 Trapezförmige Spannung 9.2 Einmalige (transiente) Signale (aperiodische Signale) besitzen ein kontinuierliches Spektrum. Darstellung: mit DSO (digitales Speicheroszilloskop) 9.2.1 einmaliges Rechteck 9.2.2 Trapezförmiges einmaliges Signal HTL / EMV 4AHELI Seite 18 / 37 9.2.3 Abschätzung des Frequenzgehaltes von einem ESD-Impuls Nennenswerte Signalanteile bis ca. 1 GHz 9.3 Ringing Ringing ist der Einschwingvorgang auf einer Signalleitung. 10 EMV-relevante Eigenschaften elektronischer Bauelemente 10.1 Leiter Elektrische Leitfähigkeit und Permeabilität von Metallen relativ zu Kupfer: (σcu = 5,8 * 10-7 S/m) Material Ag Cu Au Al Fe Sn Stahl σr 1,05 1,0 0,7 0,61 0,17 0,15 0,1 HTL / EMV µr 1 1 1 1 1000 1 1000 4AHELI Seite 19 / 37 10.2 Runddrähte Gleichstromwiderstand Längenbezogener Gleichstromwiderstand Bei steigender Frequenz sind die Eindringtiefe δ (Delta). Kupferdraht (20kHz): δ = 0,5mm …Hohlleiter (Hochfrequenztechnik) rD << δ Æ Im ganzen Leiter fließt Strom. Einfluss des Skineffektes auf den Widerstand Für rD >> δ gilt: 10.3 Interne Selbstinduktivität Li = 0,5nH/cm HTL / EMV 4AHELI Seite 20 / 37 10.4 Externe Kapazität und Induktivität der Leiterplatte (Induktivitätsbelag) (Kapazitätsbelag) Als Standardwerte für die meisten Leitungen gelten: Le = 10nH/cm Ce = 0,1pF/cm 10.5 ESB für Leitungen (l < λ/10) Abschlusswiderstand RL >> RL << In der Praxis meistens fg2 >> fg1 Æ Leitungen möglichst niederohmig betreiben. HTL / EMV 4AHELI Seite 21 / 37 10.6 HF – Verhalten von Bauteilen 10.6.1 ESB-Widerstand Ls…Lserie Cp…Cparallel 10.6.2 ESB – Kondensatoren RESZ…Serienwiderstand von ELKOS OSCON…sind Kos mit wenig RESZ HTL / EMV 4AHELI Seite 22 / 37 10.6.3 Parallelschalten von verschiedenen Kondensatoren Möglichst Kondensatoren mit geringer Güte verwenden (z.B.: Tantal oder keramische - - -). Bei fpar bilden L1 und C2 einen Prallelschwingkreis (hochohmig). Für SMD gibt es MLCC (Multilayer Ceramic Capacitor). Ideal: C1 ≈ 100 C2, kleine Kondensatoren am Print verteilen. 10.6.4 HTL / EMV ESB - Induktivitäten 4AHELI Seite 23 / 37 10.6.5 Ausführungsformen von EMV-Spulen Stabkerndrossel Vorteil: hohe Ströme Nachteil: Streufeld Ringkern Vorteil: geringes Streufeld, hohes L mit wenigen Windungen Nachteil: kleinere Strombelastbarkeit (Sättigung) Abhilfe: Gleichtaktdrossel (common mode Drossel) 1. Für Gegentaktsignale HTL / EMV 4AHELI Seite 24 / 37 2. Für Gleichtaktsignale Typische Einfügedämpfung für CM-Drossel (50 Ω-System) Ferrite Gängige Ausführungsform von Ferriten für Entstörzwecke sind Ferrit-Perlen und –Ringe. Dämpfungsperle Auch in SMD- Ausführung: HTL / EMV 4AHELI Seite 25 / 37 Sechskern (UKW-Drossel) 11 Überspannungsableiter Transiente Überspannungen können in Folge von Blitzeinschlägen, Abschaltüberspannung, elektrostatischen Entladungen usw. entstehen. Überspannungsableiter stellen stark nichtlineare Widerstände dar. Im Bereich der Betriebsspannung ist der Widerstand sehr groß, bei Überspannung jedoch niedrig. 11.1 Prinzipschaltbild 11.2 Relevante Parameter: • • • • • • Ansprechspannung Stoßstrombelastbarkeit Isolationswiderstand bei Betriebsspannung Kapazität Restwiderstand Ansprechzeit HTL / EMV 4AHELI Seite 26 / 37 11.3 Man unterscheidet zwischen • Varistoren LZuleitung und Cp bilden einen Tiefpass. • Siliziumlawinendioden (TRANSZORB) …transient zener absorber • CROWBARDIODE („TRIAC“) IH…Haltestrom Wird die Spannung zu groß Æ niederohmig Wird der Haltestrom zu klein Æ schaltet aus Achtung: In Kreisen mit Gleichstrom muss dieser unter IH liegen, sonst schaltet sich die Crowbardiode nicht mehr aus. • Funkenstrecke Es wird die Isolationsfestigkeit von Luft ausgenutzt (ca. 10kV/cm) HTL / EMV 4AHELI Seite 27 / 37 Der Nachteil ist, dass der Lichtbogen die Kontakte verdampfen lässt Æ nur einmal einsetzbar. • Glimmlampe z.B.: Schutz einer Telefonleitung 11.4 Gestaffelter Überspannungsschutz (dreistufig) HTL / EMV 4AHELI Seite 28 / 37 12 Designregeln für Printplattenentwurf Probleme beim Design von Digitalschaltungen: • Funktionelle Probleme z.B.: Bewahrung einer Signalform entlang einer Leitung • EMV-Probleme z.B.: Unterdrückung von leitungsgebundenen oder gestrahlten Störungen Die beiden Punkte stehen manchmal im Widerspruch. 12.1 Boardinterne Störquellen • • • • Nebensprechen Versorgungsspannungsschwankungen Massepotentialschwankungen Leitungsreflexionen 12.2 Entstehung von Störsignalen Gatter 4 kann Störimpuls nicht von Nutzsignal unterscheiden. Leitungsreflexionen: HTL / EMV 4AHELI Seite 29 / 37 Ce…Eingangsinduktivität des Gatters Geschwindigkeit am Print: 2/3 bis ½ Lichtgeschwindigkeit Um dem „Ringing“ entgegenzuwirken, baut man einen Widerstand ein, dieser dämpft den Schwingkreis (R + Ri gleich ZW). Legt man 5V am Ausgang des 1. Gatters an, so fallen 2,5V nach dem eingebauten R ab (1 : 1 Spannungsteiler). Durch gleichphasige Reflexion entsteht am Eingang des 2. Gatters wieder ein 5V Sprung. 12.3 Pfade beim Schalten von Gattern Schaltet das Gatter, rinnt ein Störstrom Æ Spannungsabfälle an parasitären Induktivitäten (Leitungskapazitäten) Æ Spannungsversorgung schwankt. Abhilfe: Entkoppelkondensatoren (C1, C2) Verringerung der induktiven Spannungsabfälle durch lokale Spannungsversorgung. ESB einer Printbahn HTL / EMV ca. 0,5mm Breite (35µm dick) 4AHELI Seite 30 / 37 z.B.: Impedanz einer 10cm langen Printbahn bei 100MHz Æ Ohmscher Widerstand vernachlässigbar. 13 Auswahl von Bauelementen Funktionelle Kriterien und EMV Aspekte können manchmal im Widerspruch stehen. z.B.: kurze Anstiegszeiten Æ hohe Frequenzanteile Æ verstärkte Abstrahlung Hersteller spezifiziert maximale Anstiegszeiten, wobei für EMV die minimalen Anstiegszeiten interessant sind. Von Hersteller zu Hersteller verschieden. Æ Achtung bei Ersatztypen! Am besten: Man verwendet die langsamste Logik, welche die funktionalen Anforderungen an die Schaltung gerade noch erfüllt. 13.1 µP-Gehäuseformen …DIL Noch besser wäre SMD, weil kürzere Anschlussleitungen (GND und VCC über mehrere Anschlüsse verteilt). Möglichst als Single Chip Lösung! 13.2 Tiefpassfilterung am Print Steile Flanken lassen sich durch Filterung abrunden. Æ Dämpfung der Oberwellen Æ Nebensprechen und Emission wird verringert. Sinnvoll ist es, das Filter direkt zum Ausgang des Gatters zu setzen. R ~ 33 – 100Ω C ~ 33 – 100pF HTL / EMV 4AHELI Seite 31 / 37 13.3 Wahl von Taktfrequenzen Bei Verwendung mehrerer Quarzoszillatoren sollten sich die Frequenzen um mindestens 120kHz unterscheiden (=Messbandbreite des EMV-Empfängers). Der EMV-Empfänger hat im Gegenteil zum Spektrumanalysator noch einen Filter am Eingang, der alle anderen Frequenzen ausschaltet. Liegen die Störungen in unterschiedlichen Filtern, sind sie kleiner (keine gleichphasige Überlagerung möglich). Die Filterbänke werden übrigens mechanisch umgeschalten, in den Filterbänken elektronisch. 14 Anordnung der Bauelemente auf dem Print Zielvorgaben: • Minimierung der Störaussendungen von den Leiterbahnen • Minimierung der Störaussendungen von den Anschlusskabeln HTL / EMV 4AHELI Seite 32 / 37 14.1 Minimierung der Störaussendungen von den Leiterbahnen Die Effizienz der Abstrahlung ist bestimmt durch • Länge der Leitungen • Schleifenfläche zwischen Signal und Rückleiter • Spektrale Anteile der Oberwellen (steile Flanken) Taktsignale haben die größte Frequenz Æ Leitungen möglichst kurz halten (ebenso Memory Leitungen zu RAM und ROM) Nicht nur die Abstrahlungs-, auch die Immunitätseigenschaften werden verschlechtert. Trick: Man kann parallel zur Rückleitung eine Stichleitung legen (Masse parallel dazu führen). Bei einem doppelseitigen Print kann man die Versorgungsleitung über der Masseleitung verlaufen lassen. zur Länge der Leitungen: Die Leitung wirkt als Antenne! Die Leitung sollte möglichst wenig Widerstand haben. Anordnung der Memorys auf einem Print ungünstig HTL / EMV gut 4AHELI Seite 33 / 37 Zweckmäßige Anordnung von schnellen und langsamen Bauteilen auf einem Print (schnelle Bauteile zusammenfassen). A/D Wandler, Displays, Treiber etc. sind nicht schnell. Durch diese Anordnung erhält man eine natürliche Filterung. 14.2 Minimierung von Störungen durch Gleichtaktstörungen auf Verbindungsleitungen Voraussetzung ist ein „sauberes“ Massepotential. Zusätzlich kann man eine Common mode Filterung einsetzen (Ferritmanschetten, Gleichtaktdrosseln, Klappferrite) Das L stellt für die hochfrequenten Störungen eine hohe Impedanz dar. HTL / EMV 4AHELI Seite 34 / 37 Der HF-Strom nimmt nicht immer die Gerade. Unter der Leitung ist eine Massefläche. Die Signalleitungen auf der Brücke kann man noch zusätzlich mit Spulen filtern. Die Signalleitungen müssen über die Brücke geführt werden – ansonsten erhält man eine Rahmenantenne. Masse am Print Die Induktivität der Leitungen ist die Ursache für HF-Spannungsabfälle. Die Masseleitung ist der gemeinsame Rückleiter für Signalspannungen uns sollte daher möglichst niederohmig ausgeführt werden. Ideal wäre eine Masseoberfläche bei einem zweiseitigem Print. ohne Massefläche mit Massefläche Die Massefläche entspricht einer Spiegelfläche. Ohne Massefläche ergeben sich große Streufelder. Die Massefläche sollte nicht unterbrochen sein (Schlitze wirken wie Antennen). Die Masse (Versorgung) kann auch als Gitter (engl. Grid) ausgeführt werden. HTL / EMV 4AHELI Seite 35 / 37 In kritischen Bereichen kann das Gitter dichter gemacht werden. Der Masseraster kann mit dem Versorgungsgitter über Entkoppelkos verbunden werden. Ein Gitter ist nicht so gut wie eine Fläche, aber besser als nichts. Vorteil: Beim routen kann man die Signalleitungen so legen, dass kleine Flächen entstehen. Noch besser aber teurer sind Multilayerboards. z.B.: 4fach-ML 2…VCC-Layer 3…GND-Layer Die beiden Flächen ähneln einem Plattenkondensator Cges. Cges = ε0 * εr * A / d … einige nF Dieser Kondensator liegt über den ganzen Print verteilt. Außerdem wirken die Layer als Spiegelfläche. Neben einer Durchkontaktierung sollte eine zweite Durchkontaktierung als Rückweg gesetzt werden. HTL / EMV 4AHELI Seite 36 / 37 14.3 Störstrahlung an Kabeln (Kabelschirmen) Man nennt diese Störungen „current driven common mode distortions“. Es gibt auch eine „voltage driven common mode“ Störung. Die voltage driven common mode distortion entsteht durch Streukapazitäten gegenüber der Umgebung. Um der verrauschten Masse entgegen zu wirken, sollte man wieder ein gutes Massekonzept verwenden (Massefläche!). Eine Common Mode Drossel (Gleichtaktdrossel) am Kabel kann ebenfalls helfen. Stromversorgung und Blockkondensatoren (Stützkondensatoren). Ein gut dimensioniertes Massesystem bietet folgende Vorteile: • reduzierte Induktivität der Rückleiter • verkleinerte Schleifenfläche Æ weniger Abstrahlung durch Gegentaktströme • geringe taktfrequente Massepotentialschwankungen Æ weniger Abstrahlung durch Gleichtaktströme auf angeschlossenen Kabeln. Die Länge der Stromversorgungsleitungen ist oft trotzdem groß. Abhilfe bieten Stützkondensatoren als lokale Spannungs- und Ladunsspeicher. HTL / EMV 4AHELI Seite 37 / 37
