EMV-konforme Elektronikentwicklung 2D- und 3D-EMV-Scanner

2D-EMV-Scanner: Die Auflage besteht aus einer Matrix aus Spulen.
2D-EMV-Scanner: Die Auflage besteht aus einer Matrix aus Spulen.

Für entwicklungsbegleitende EMV-Prüfungen sind zwei bewährte Typen von 2D-EMV-Scannern wieder verfügbar. Nicht-plane Komponenten lassen sich mit einem 3D-EMV-Scanner untersuchen.

Vor einigen Jahren stoppte der Hersteller EMScan den Verkauf seiner 2D-EMV-Nahfeld-Scanner. Die Technik war aber weder fehlerhaft noch unrentabel, sondern sollte exklusiv für einen anderen Bereich eingesetzt werden. Über den mit EMScan verpartnerten britischen Anbieter YIC Technologies sind die Nahfeld-Scanner mit fast identischem Funktionsumfang jetzt wieder verfügbar.

Die Tischgeräte werden für die entwicklungsbegleitende EMV-Prüfung im
Labor genutzt. Sie messen im Frequenzbereich zwischen 150 kHz bis 8 GHz und erstellen in Echtzeit eine EMV-Landkarte der untersuchten Komponente. Sie zeigt Ort, Frequenz und Intensität des gemessenen Signals aus denen sich Schwächen im Schaltungsentwurf ableiten lassen. Eine hohe Messgeschwindigkeit macht sie im Entwicklungsprozess zu einer Alternative zur Messung in der EMV-Kammer.

Die 2D-Scanner bestehen aus einem geschlossenen Nahfeld-Scanner – ein Scanner-Board mit einer Matrixanordnung aus Spulen – und einem Spektrumanalysator. Zur Ansteuerung ist ein externer Rechner nötig, auf dem die EMScanner-Software läuft. Alternativ zum separaten Spektrumanalysator kann auch ein kompaktes Steuergerät mit integriertem Spektrumanalysator genutzt werden, das Scanner-Board und Steuerrechner über LAN verbindet. Aussagekräftige Messergebnisse liefern 2D-EMV-Scanner für plane Komponenten (Bild 1 in der Bildergalerie), bei denen alle relevanten Leiterbahnen und Anschlüsse nah auf dem Scanner-Board aufliegen. Befindet sich die Messebene in größerem Abstand von den Emissionsquellen, zum Beispiel wenn die Oberseite einer mit unterschiedlich hohen Komponenten bestückten Leiterplatte vermessen wird, ist aus der EMV-Landkarte die Störquelle nicht in jedem Fall zweifelsfrei identifizierbar.

3D-EMV-Scanner

Bilder: 3

Entwicklungsbegleitende EMV-Prüfung

2D- und 3D-EMV-Scanner

Mit 3D-EMV-Scannern lässt sich die Abstrahlung auf Komponentenebene bestimmen. Sie bestehen zusätzlich aus X-Y-Z-Roboter mit Nahfeldsonde. Während der Messung wird die Nahfeldsonde vom Roboter auf ein Raster von Messpunkten über den Prüfling gefahren und pro Messpunkt die Sondenposition und die Emissionsintensität auf einem externen Rechner gespeichert. Am Ende der Messung werden die Ergebnisse als Messprotokoll ausgegeben. Als Spektrumanalysator kann ein Bestandsgerät verwendet werden – in das System lassen sich die meisten der gängigen Modelle integrieren.

Für die 3D-Darstellung und für das Erfassen der Emissionen sind die jeweiligen Bauteilabmessungen nötig, damit der Roboterarm die Messsonde in definiertem Abstand zu den Bauteilen führt. Dafür ist eine Importfunktion für 3D-Oberflächenmodelle im STL-Dateiformat vorhanden. Einige Scanner erlauben eine automatische Rotation der Sonde, um die Abstrahlcharakteristik jedes Messpunktes zu erfassen. Während der Messung dreht der Scanner den Sensor und ermittelt so den Winkel mit der maximalen Abstrahlung (»Worst-Case-Winkel«) und speichert die Amplitude und die Sensor-Posi­tionsdaten. Dieser Vorgang wird in jeder Messposition durchgeführt.

EMV-Profil von Bonddrähten

Sensoren weisen je nach Einfallswinkel der Strahlung eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf. Durch die Rotation der Nahfeldsonde können aus anderen Quellen stammende Einstrahlungen ermittelt und vom Hauptsignal unterschieden werden. Mit den Scannern lassen sich Abstrahlprofile entlang
von Kabeln, Leiterbahnen und Bonddrähten
auf einem Chip ermitteln. In ähnlicher Weise können Temperaturprofile in einem Gerät aufgenommen werden, um thermische Überbelastungen von Komponenten zu verhindern. Die Wirkung von Luftleitblechen lässt sich durch eine Vergleichsmessung verifizieren.

Der schwedische Hersteller Detectus hat mehrere Typen von 3D-EMV-Scanner entwickelt. Die HRE4x-Serie ist vollständig geschirmt, misst mit rotierender Nahfeldsonde mit einem Grad Winkelauflösung und bei 0,025 Millimeter Schrittweite und 0,02 Millimeter Posi­tioniergenauigkeit des Roboterarms. Der Abtastbereich liegt bei mehreren zehn Zentimetern je Raumrichtung. Der Frequenzbereich und die gemessene Polarisationsrichtung hängen von der Nahfeldsonde ab. Möglich ist zum
Beispiel das Erfassen des E-Feldes, des vertikalen und horizontalen H-Feldes in den Frequenzbereichen von 9 kHz oder 30 MHz Startfrequenz bis 3 GHz oder 6 GHz. In Deutschland können die 2D- und 3D-EMV-Scanner über den Distributor Datatec bezogen werden.