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HF-Praxis 10/2013

Messtechnik Bild 3:

Messtechnik Bild 3: Messplatz i / u am Pin (IEC 61967-4) strom charakterisiert. Maximale Störaussendung entsteht durch maximale Spannung (erzeugt maximales E-Feld) oder maximalen Strom (erzeugt maximales H-Feld). Eine HF-Leerlaufspannungs- und HF-Kurzschlussstrommessung für die physikalische Charakterisierung eines IC ist damit sinnvoll. An den HF-Strommesser werden hohe Anforderungen gestellt. Der Wechselstromwiderstand, der bei Verwendung von Shunts Bild 4: Surface-Scan Messplatz (IEC 61967) Bedeutung hat, ist mit 1 Ω für bestimmte Anwendungen ausreichend. Bei Vdd kleiner 5 Volt kann jedoch z.B. 0,1 Ω erforderlich werden. Weiterhin kann abgeleitet werden, dass die innere Induktivität des Strommessers kleiner sein muss als die Schleifeninduktivität des IC. Dies bedeutet, dass bei angenommener Schleifeninduktivität eines IC´s von 10 nH die Induktivität des Strommessers maximal 1 nH betragen darf. Wenn mehrere Versorgungspins eines IC´s intern HF-technisch verbunden sind, kann beim Einfügen des Strommessers mit zu hoher Induktivität und der damit verbundenen Impedanzerhöhung der HF-Strom auf andere Pins ausweichen. Der gesamte Messaufbau muss deshalb eine extrem geringe Induktivität besitzen. Damit für den Frequenzbereich eine Messbandbreite zwischen 10 kHz und 3 GHz erreicht wird, muss der Messaufbau elektrisch kurz ausgeführt sein. Damit wird das Messen auf stehenden Strom- oder Spannungswellen vermieden. (Die Wellenlänge bei 3 GHz ist ca. 10 cm.) Das IC teilt sich eine entsprechend kleinere Länge mit der Messanordnung. So bleibt für eine Messanordnung unter Umständen ein sehr kleinräumiger Aufbau. Der Aussendungsmechanismus über eine E- und H-Feldanregung benachbarter Metallteile wirkt nur im Abstand kleiner λ/2. Wenn kein Metall mit diesem Abstand zum IC vorhanden ist, wird der physikalische Effekt der direkten Aussendung dominieren. Nahfeldmessung über IC (IEC 61967-3) Die Messung der räumlichen Amplituden-Frequenz-Charakteristik von elektromagnetischen Aussendungen erfordert eine Architektur des IC-Test Systems, welche die folgenden Komponenten umfasst: Neben einem Spektrum-Analysator sind das Nahfeldmikrosonden, Positioniersystem und Software zur Steuerung des gesamten Messablaufes im IC-Test-System und für die Datenauswertung. Zur vollständigen Erfassung der EMV-Emissionen von ICs sind drei Arten von Nahfeldsonden und ein mindestens vierachsiges Positioniersystem für die Mikrosonden erforderlich: Eine E-Feldsonde zur Messung des elektrischen Feldes und zwei H-Feldsonden zur Messung des magnetischen Feldes. Die beiden Magnetfeldsonden unterscheiden sich in ihrer Polarisationsebene: Je eine H-Feldsonde mit einer horizontalen und einer vertikalen Polarisierung. Mit diesem Set sind alle Feldkomponenten der EMV-Emissionen über dem IC erfassbar. Das Positioniersystem platziert die Mikrosonden und ermittelt die Raumkoordinaten des elektromagnetischen Feldes. Physikalisch bedingt, hat die vertikal polarisierte H-Feldsonde zwei Nullstellen in ihrer Richtcharakteristik. Die in der Ebene der Vertikalsonde liegenden Feldkomponenten werden nur erfasst durch Drehung der vertikalen Feldsonde. Als Positioniersystem kommt somit ein mindestens vierachsiges IC-Test-System mit x-, y-, z- und alpha-Achse zur Anwendung. Bild 4 zeigt eine prinzipielle Anordnung des IC-Test-Systems für Messung nach der Surface- Scan-Methode gemäß IEC 61967. Die Nahfeldmikrosonden liegen in ihren Abmessungen im Bereich 0,15 mm. Aufgrund ihrer Konstruktion gestatten sie die getrennte Untersuchung der elektrischen und magnetischen Emissionen an IC- und DIE- Oberflächen, Bonddrähten und Pins. Die Auflösung und Empfindlichkeit der Sonden erfordern ein präzises Positioniersystem, welches die Sonden punktweise im Messvolumen bewegt. Die eigentliche E- und H-Feldsonde ist als Sondenkopf an der Son- 14 hf-praxis 10/2013

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel