Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 9 Jahren

3-2015

  • Text
  • Komponenten
  • Technik
  • Radio
  • Filter
  • Oszillatoren
  • Quarze
  • Emv
  • Wireless
  • Messtechnik
  • Bauelemente
  • Frequenzen
  • Tdemi
  • Software
  • Messung
  • Spule
  • Mikrowellentechnik
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Zeit- und

Messtechnik Zeit- und Kostenersparnis bei der Aufnahme und Dokumentation von HF-Messungen mit Spektrumanalysatoren Die Entwicklung von elektronischen Baugruppen ist heutzutage geprägt von starker Kostenminimierung und damit einhergehendem Zeitdruck für den Entwicklungsingenieur. Im Verlauf der Entwicklung eines Produktes sind meist Messungen mit einem Spektrumanalysator notwendig. Ein nicht unerheblicher Arbeitsaufwand besteht im intensiven Analysieren und genauen Dokumentieren von Messungen mit einem Spektrumanalysator. Besonders erheblich ist der Aufwand beim Vergleich der Spektren von Vorher-Nachher-Messungen. Diese Aufgabe gilt es zum Beispiel im Teilbereich der EMV-Störaussendung häufig zu lösen. Hier sollen Frequenzbereiche von gemessenen Nahfeldern und die Baugruppenmodifikation im Anschluss miteinander verglichen werden. Im folgenden Artikel soll mit Hilfe einer Software anhand von Entstörungsmaßnahmen aus der EMV-Praxis gezeigt werden, dass der Aufwand erheblich reduziert werden kann, wodurch Messungen effizienter werden und Zeit und Kosten gespart werden können. Die Einhaltung bestimmter Normen bezüglich hochfrequenter Störemissionen wird im Rahmen der Entwicklung in einem EMV Labor geprüft. Überschreiten die Störemissionen festgelegte Grenzen in der Fernfeldmessung, muss die elektronische Baugruppe auf die auffälligen Störfrequenzen hin analysiert und modifiziert werden. Dieser Prozess von Prüfung und Modifikation wird unter Umständen mehrmals durchgeführt, bevor alle Störfrequenzen die in den Dr. rer. medic. Hagen Mölle Langer EMV-Technik GmbH www.langer.de Bild 1: Messaufbau am Arbeitsplatz des Entwicklers zur entwicklungsbegleitenden Messung und Optimierung der Störaussendung einer Automobilbaugruppe. Normen vorgegebenen Grenzwerte nicht mehr überschreiten. In den letzten zehn Jahren konnte der Aufwand für den Entstörprozess - viel Zeit und hohe Kosten für wiederholte Prüfungen im EMV-Labor - vor allem durch die Entwicklung von Nahfeldsonden und kleinen geschirmten Kabinen für den Arbeitsplatz des Entwicklers (Schirmzelt) erheblich reduziert werden. Nahfeldsonden ermöglichen die Messung der lokalen elektrischen und magnetischen Felder auf den elektronischen Baugruppen am Arbeitsplatz. Somit ist eine Analyse der im Fernfeld auftretenden Störfrequenzen auch im Nahfeld möglich, und es lassen sich die für die Störaussendung verantwortlichen Komponenten rasch finden. Ein Schirmzelt ist eine Voraussetzung für aussagekräftige Nahfeldmessungen, da es elektromagnetische Störungen vom Messaufbau abschirmt. Die Nahfeldmessungen erfassen die durch die Baugruppe direkt und indirekt verursachten Störemissionen. Im ersten praktischen Beispiel dieses Fachartikels wird auf eine Störaussendungsanalyse mit Nahfeldsonden eingegangen. Ein weiterer erheblicher Zeitfaktor ist der Vergleich und die Dokumentation von entwicklungsbegleitenden HF- Messungen. Besonders bei der Verwendung von kapazitiven Touchs kommt es zu erheblichen unerwünschten Störaussendungsproblemen. Im zweiten praktischen Beispiel dieses Fachartikels wird kurz darauf eingegangen, wie ein kapazitiver Touch weitestgehend störungsfrei arbeitet und auch bestimmte Normen bezüglich hochfrequenter Störemissionen eingehalten werden. Hier wird im Rahmen der Entwicklung mit einer Boardnetznachbildung die Störaussendung geprüft. Überschreiten die Störemissionen festgelegte Grenzen, muss die Baugruppe analysiert und verbessert werden. Auf den ersten Blick ist eine weitere Zeit- und Kostenreduktion zum Beispiel des Entstörprozesses mit Nahfeldsonden kaum möglich. Dabei hat man bisher den Aufwand des Entwicklungsingenieurs für die schnelle und effektive Analyse von Vergleichsmessungen vor und nach der Baugruppenmodifikation und deren Dokumentation außer Acht gelassen. So lassen sich zum Beispiel die Messreihen verschiedener Baugruppenmodifikationen nur sehr aufwendig miteinander vergleichen, da die zur Messung der Störfrequenzen eingesetzten Spektrumanalysatoren für gewöhnlich nur einen Bildexport des angezeigten Spektrums ermöglichen. Weiterhin ist zum Beispiel die Dokumentation der Bildexporte in einem zusätzlich verwendeten Dokumentationsprogramm meist sehr aufwendig. In diesem müssen die Bildexporte zusammen mit allen händisch übertragenen Messparametern und den jeweiligen Beschreibungen des Messaufbaus dokumentiert werden. Diese exemplarisch aufgeführten Probleme und weitere methodische Schwachstellen reduzieren die Arbeitseffizienz des Entwicklungsingenieurs erheblich. Dokumentation von HF-Messungen mit Nahfeldsonden Im Folgenden wird an zwei Beispielen die Funktion der Software beschrieben. Im ersten Beispiel überschreitet ein Mikro- 18 hf-praxis 3/2015

Messtechnik controllerboard bei Prüfmessungen zur Normkonformität im EMV Labor die festgelegten Störaussendungsgrenzen deutlich. Zurück an seinem Arbeitsplatz hat der Entwickler nun die Aufgabe, die auffälligen Störfrequenzen zu reduzieren. Zum einen müssen also die Bauteile gefunden werden, die zu den auffälligen Frequenzen der Störaussendung führen. Zum anderen sollen effiziente Maßnahmen gefunden und angewendet werden, um die Störfrequenzen zu reduzieren. Kontrollmessungen sollen im Anschluss den Erfolg der Maßnahmen sichtbar machen. Zum Zwecke der weiteren Analyse des genauen Ursprungs der Störfrequenzen wird das Mikrocontrollerboard in eine ihrem Einsatzumfeld möglichst entsprechende Anordnung innerhalb eines Schirmzelts gebracht (Bild 1). Das Schirmzelt, mit einer Dämpfung von ca. 50 dB, unterbindet Störfrequenzen anderer Geräte, wodurch einzig die Störemissionen des Mikrocontrollerboards untersucht werden. Die leitungsgebundenen Zuführungen, wie Stromversorgung und Kabel zur Übertragung der Messergebnisse werden über die Filter der Groundplane des Schirmzelts geführt. Weil für die Entstörung des Mikrocontrollerboards viele Mess- und Modifikationsschritte erforderlich sind, ist es von Vorteil, wenn der Entwickler am eigenen Arbeitsplatz zusammenhängend arbeiten kann und wenn Bild 2: Erfassung des um den untersuchten Pin kreisenden Störmagnetfeldes mit der Nahfeldsonde RF-U 2,5. Das interne Taktsignal wird über einen der Pins und über das angeschlossene Flachbandkabel ausgekoppelt (Bild 3). der Zugang zum Prüfling auch während der Messungen direkt und ständig gegeben ist. So kann der Entwickler auch während einer Messung direkt auf den Prüfling zugreifen. Durch diesen Zugriff wird es möglich, die Veränderung der Störaussendung auf einfache Manipulation hin zu untersuchen (Bild 1). Im ersten Schritt werden mit einem Stromwandler Vergleichsmessungen mit dem Spektrumanalysator an dem Mikrocontrollerboard durchgeführt, um die in der Fernfeldmessung aufgetretenen Störfrequenzen nachzuweisen. Normalerweise erfolgt diese Erfassung des Ausgangszustands mit mehreren Softwareprodukten wie der Aufnahmesoftware des Spektrumanalysators, einer Dokumentationssoftware und gegebenenfalls einer Bildverarbeitungssoftware zur Bearbeitung der aufgenommenen Spektren. Der Umstand, die Messdaten und die zugehörige Dokumentation innerhalb der verschiedenen Programme manuell zu übertragen, wäre bei der Aufnahme von wenigen Spektren vielleicht vertretbar. Bei einer komplexen Analyse einer Störquelle und deren Auskopplungspfade kommen schnell sehr viele Spektren zusammen, wodurch der Aufwand eine nachvollziehbare Dokumentation (Protokoll) zu erstellen auf mehrere Stunden steigen kann. Betrachtet man, dass die Messung und Dokumentation nach jeder Modifikation ebenfalls notwendig ist, steigt der Aufwand nochmals erheblich. Die Software „ChipScan-ESA“ umgeht diesen Aufwand komplett, indem es die drei Softwareprodukte • Aufnahmesoftware des Spektrumanalysators • Dokumentationssoftware und • Bildbearbeitungssoftware) in einer einzigen Software vereint. Die direkte Steuerung des angeschlossenen Spektrumanalysators ermöglicht die Aufnahme der Spektren per Mausklick. Das aufgenommene Spektrum lässt sich sofort mit dem nötigen Dokumentationstext versehen. Entsprechend kann der Entwickler ohne Umwege eine Vielzahl von Spektren aufnehmen und gleichzeitig dokumentieren, und spart dabei sehr viel Zeit. In den weiteren Messschritten wird mit verschiedenen Nahfeldsonden die Quelle der Störfrequenz eingekreist und genau lokalisiert. Dazu werden die Nahfeldsonden von Hand Bild 3: gefundene Fehlerursache: erhöhte HF-Auskopplung aus Pin 13 (rot) in die angeschlossene Flachbandleitung. Alle anderen Pins haben diese Auskopplung nicht (Beispiel Pin 12, blau). Messung am Pin 13 aus Messprotokoll: - Pin 13: HF-Strom in Pin 13 mit Nahfeldsonde RF-U 2,5 gemessen, enthält hohe Anteile der Vielfachen des Prozessortaktes im Bereich bis 300 MHz, Ursache für Störauskopplung Messung am Pin 12 aus Messprotokoll: - Pin12: HF Strom im Pin 12 mit Nahfeldsonde RF-U 2,5 gemessen, enthält wesentlich weniger Störungen hf-praxis 3/2015 19

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel