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10-2013

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HF-Praxis 10/2013

Messtechnik

Messtechnik IC-EMV-Parameter - Wirkmechanismen der Emission 1. Allgemeine Einordnung Das Störaussendungsverhalten eines IC´s und die damit verbundene Emission einer Flachbaugruppe sind derzeit für den Baugruppenentwickler oder EMV-Ingenieur nur mit hohem Aufwand vorhersehbar. EMV- Schwachstellen in und um ICs zu spät erkannt, lösen abenteuerliche und kostspielige Nachentwicklungen aus. Immer mehr Hersteller von ICs prüfen daher, ob die Messergebnisse von neuen IC-Tests ein Mehrnutzen für die IC-Anwender und damit eine höhere Kundenzufriedenheit erbringen. Dabei werden IC-Parameter definiert, die den Einsatz eines ICs in einer Elektronik trotz hoher Komplexität weiter erleichtern. Immerhin ist der IC z.B. in den automobilen Baugruppen die Hauptquelle für eine Emission. In diesem Beitrag sollen IC- Parameter und deren messtechnische Ermittlung vorgestellt werden. 2. Die IC-Nahfelder Integrierte Schaltkreise erzeugen - aufgrund ihrer inneren Schaltvorgänge - elektrische und magnetische Nahfelder. Die Felder werden im Inneren eines ICs durch Ströme und Spannungen erzeugt. Die komplexen Netzwerke eines ICs verursachen eine Vielzahl derartiger Felder. Die größten Oberflächen für die E-Feldabgabe und die größten Stromschleifen für die induzierte Erregerspannung befinden sich im Pin-, Leadframe- und Bonddrahtbereich. Bei dieser Betrachtung ist zu beachten, dass die Pins mit statischen bzw. Autor: Peter Michak Vertriebsleiter der Langer EMV-Technik GmbH mail@langer-emv.de Bild 1: E-Erregerfeldauskopplung aus einem IC quasi-statischen Signalen durch interne parasitäre Überkopplung HF tragen können. An inneren Metallteilen eines ICs können HF-Spannungen gegen GND anstehen. Diese Spannungen erzeugen elektrische Felder zwischen dem Metallteil und GND- System der Flachbaugruppe (Bild 1). Die meisten Feldlinien erreichen auf kurzem Weg das GND-System. Wenige treten senkrecht nach oben aus und führen weit in den umgebenden Raum. Diese Feldlinien sind die für eine EMV-Betrachtung interessierenden Erregerfeldlinien. Sie erzeugen einen Verschiebestrom. Der daraus ableitbare Ladestrom kann auf benachbarte Metallteile überkoppeln und das Metallsystem als Antenne anregen. Ein solches benachbartes Metallteil kann z.B. eine Codescheibe, ein Kabelbaum, eine Lenksäule, eine Hutschiene, eine Sitzstrebe, ein Motor u. s. w. sein. In Stromschleifen nahe GND erzeugte Magnetfelder, wie z.B. Vdd-Vss Schleifen, werden in zwei Anteile H1 und H2 zerlegt und sind in Bild 2 dargestellt. Das Feld H2 bildet sich am IC-internen Stromleiter und schließt sich im Raum oberhalb eines ICs. Das Magnetfeld H2 ist das bedeutend stärkere magnetische Nahfeld. Seine wirksame Reichweite beträgt ca. 10 cm. Die weitere Umgebung vermittelt den Übergang in das Fernfeld (Meterbereich). Wenn das Feld H2 einen metallischen Leiter umfasst, wird in ihm eine HF-Spannung induziert. Diese Spannung kann den Leiter zur Störaussendung anregen. Solche Leiter können Metallteile, wie bei der E-Feldkopplung aufgezählt, sein. Das Magnetfeld H1 ist das schwächere Magnetfeld. Aber es umschließt die Metallplane der Flachbaugruppe und ist damit für EMV-Betrachtungen am wichtigsten. Das Wissen über die Stärke und Richtung der Magnetfelder eines IC sind die Basis für die Erarbeitung eines EMVgerechten Designs von elektronischen Flachbaugruppen. Die E-/H-feldgebundene sowie die leitungsgebundene Strom- und Spannungsauskopplung sind IC-spezifische Größen und als Bild 2: H- Erregerfeldauskopplung Parameter vorab messbar. Sind diese beiden Parameter bekannt, kann der IC-Anwender schon in der Projektplanung EMV-Maßnahmen vorsehen. 3. Messung der IC- Nahfeldauskopplung Eine Messanordnung sollte auf EMV kritische physikalische Größen aufbauen. Die komplizierte Beschreibung der in den Netzwerken eines ICs wirkenden Ströme und Spannungen, elektrische sowie magnetische Mechanismen der Feldkopplung über das Metallsystem eines ICs ist in der praktischen Anwendung schwer anwendbar. Jede Entwicklung hat spezifische physikalische Bedingungen, welche in ihrer Gesamtheit nur in sehr weit gefassten Thesen berücksichtigt sind. Handlungsanleitungen für die EMV sollten genaue Lösungen anbieten. Diese wiederum erfordern eine Einschränkung auf die wesentlichen Parameter. Für die Aussendung sind vom Interesse die leitungsgebundenen hochfrequenten Ströme und Spannungen sowie der magnetische und elektrische Feldfluss. Strom- und Spannungsmessung an den Pins (IEC 61967-4) Ein Zweipol wird mit Leerlaufspannung und Kurzschluss- 12 hf-praxis 10/2013

HIGH PERFORMANCE MIXERS Amplifier & Mixer Solutions for Backhaul Radios to 90 GHz! Analog, Digital & Mixed-Signal ICs, Modules, Subsystems & Instrumentation HMC1057 and HMC1058 Sub-Harmonic MMIC Mixers, 71 to 86 GHz -5 Input IP3 vs. Temperature Upconverter, LO = 8 GHz, USB HMC1057 HMC1058 t Passive: No DC Bias Required t Wide IF Bandwidth: DC to 12 GHz t High LO/RF Isolation: up to 30 dB t High 2LO/RF Isolation: up to 50 dB t Upconversion & Downconversion Applications CONVERSION GAIN (dB) -10 -15 -20 -25 -30 7 dBm 9 dBm 60 65 70 75 80 85 90 RF FREQUENCY (GHz) Part Number A SELECTION OF OUR MIXER PRODUCTS RF Frequency (GHz) Function IF Frequency (GHz) Conversion Gain (dB) LO / RF Isolation (dB) HMC1042LC4 15 - 33.5 I/Q Mixer / IRM DC - 3.5 -10 30 +22 HMC1048LC3B 2 - 18 +13 LO, TPL-BAL 16 - 22 -10 45 23 HMC773LC3B 6 - 26 +13 LO, DBL-BAL DC - 8 -9 38 22 IIP3 (dBm) NEW! NEW! HMC1015 26 - 32 +13 LO, TPL-BAL 16 - 22 -10 45 22 HMC560LM3 24 - 40 +13 LO, DBL-BAL DC - 17 -10 35 21 HMC1043LC3 26 - 32 +13 LO, TPL-BAL DC - 2 -10 35 19 HMC-MDB169 54 - 64 +13 LO, DBL-BAL DC - 5 -8 30 13 HMC-MDB277 70 - 90 +14 LO, DBL-BAL DC - 18 -12 - - HMC1057 71 - 86 Sub-Harmonic, I/Q Mixer DC - 12 -12 30 13 HMC1058 71 - 86 Sub-Harmonic Mixer DC - 12 -11 28 6 Contact Us With Your Cellular & Broadband Frequency Conversion Requirements! Bestellen Sie On-Line: www.hittite.com Für die neuesten Produktinformationen klicken Sie auf „My Subscription“ Hittite Microwave Deutschland GmbH Isarstr. 1 • 83026 Rosenheim, Germany +49 8031 941070 tel • +49 8031 9410720 fax • germany@hittite.com MEV Elektronik Service GmbH Nordel 5a • 49176 Hilter, Germany 05424 2340 0 tel • 2340 40 fax • info@mev-elektronik.com

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