EMV-Konformitätstests mit Prescan Zuverlässige EMV-Tests

Mit EMV-Messempfängern wie dem Keysight N9038A MXE können Prescan-Messungen durchgeführt werden. Dabei müssen einige Punkte beachtet werden.

Kommerzielle Teststandards empfehlen, vor der abschließenden EMV-Messung Prescan-Messungen durchzuführen. Bei diesen können jedoch falsche Frequenz- und Amplitudenwerte auf die Liste der »verdächtigen« Signale geraten. Wie können diese Fehler mit Hilfe moderner EMV-Messempfänger vermieden werden?

Der Markt für elektronische Produkte wächst rasant, dadurch steigen die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Die Hersteller benötigen deshalb EMV-Testlösungen, die verlässliche Messergebnisse liefern und Zeit sparen. Prescan-Messungen können dabei helfen, die Testzeiten zu reduzieren und den Produktionsdurchsatz zu steigern. Doch dabei können sich verschiedene Fehler einschleichen. Mit Hilfe der Spektrumanalyse- und ZF-Spektrumüberwachungsfunktionen moderner EMV-Messempfänger kann man diese Fehler jedoch vermeiden.

Vorteile und Fallstricke der Prescan-Analyse

Vollständige EMV-Messungen im Rahmen des abschließenden Konformitätstests können sehr zeitaufwändig sein. Bei sämtlichen Frequenzen innerhalb des vom Standard erfassten Frequenzbereichs nach eventuell grenzwertüberschreitenden Störsignalen zu suchen, wäre äußerst ineffizient. Deshalb ist es zweckmäßig, mit Hilfe von Prescan-Messungen eine Liste „verdächtiger“ Frequenzen zu erstellen, die dann später genauer untersucht werden – dieses Vorgehen spart Zeit und Geld.

Doch können bei Prescan-Messungen falsche Frequenzen und Amplituden auf die Verdächtigenliste geraten und die tatsächlichen Emissionen eines Testobjekts unter Umständen verschleiern. Bei Prescan-Messungen können die wirklich relevanten Emissionen aus zwei Gründen unerkannt bleiben: erstens wegen der Art und Weise, wie der Messempfänger Signale erfasst und anzeigt und zweitens wegen bestimmter Eigenschaften der Emissionen selbst.

Messempfängerbedingte Prescan-­Fehler

Beim Scannen auf verdächte Emissionen mit Hilfe eines schrittweise gewobbelten Messempfängers werden Messungen bei Mittenfrequenzen durchgeführt, die jeweils um die Auflösungsbandbreite (RBW, Resolution Bandwidth) des Messempfängers gegeneinander versetzt sind, und zwar typischerweise mit einer Messauflösung, die einen Bruchteil dieser Bandbreite beträgt. Bei CISPR-konformen Prescan-Emissionsmessungen über den Frequenzbereich von 30 MHz bis 1 GHz mit einer CISPR-RBW von 120 kHz werden Messdaten typischerweise in Abständen von jeweils 60 kHz (zwei Messpunkte pro RBW) oder 30 kHz (4 Messpunkte pro RBW durchgeführt).

Wenn eine Störfrequenz nicht exakt gleich der Mittenfrequenz der RBW ist, kommt es zu Amplituden- und Frequenzfehlern. Aufgrund der Filterwirkung der RBW ist dann die gemessene Störsignalamplitude kleiner als die tatsächliche. Hierzu ein Beispiel: Bei einer Auflösungsbandbreite von 120 kHz (–6 dB) wird die Amplitude eines Störsignals, das exakt zwischen zwei Messpunkten liegt, um 6 dB zu niedrig angezeigt. Das kann dazu führen, dass das Signal als unverdächtig eingestuft wird, obwohl es den Grenzwert überschreitet.

Man kann die Genauigkeit von Prescan-Messungen verbessern, indem man die Anzahl der Messpunkte erhöht. Um beim obigen Beispiel zu bleiben: Verdoppelt man die Anzahl der Messpunkte und misst alle 60 kHz, so verringert sich dadurch der Amplitudenfehler auf 1,5 dB. Allerdings verlängert sich dadurch auch die Messzeit entsprechend und die Vorteile der Prescan-Messung werden teilweise zunichte gemacht.

Anzahl Messungen pro RBWSchrittweiteMax. Frequenzfehler (schrittweise oder kontinuierlich gewobbelter Empfänger)Max. Amplitudenfehler (schrittweise gewobbelter Empfänger)Max. Amplitudenfehler (kontinuierlich gewobbelter Empfänger)
1120 kHz60 kHz6 dB0 dB
260 kHz30 kHz1,2 dB0 dB
340 kHz20 kHz0,5 dB0 dB
430 kHz15 kHz0,3 dB0 dB

 

Amplituden- und Frequenzfehler durch Abweichungen zwischen Störsignalfrequenz und Messfrequenz des Empfängers (Worst-Case-Szenario).

Bild 1 und die Tabelle zeigen die möglichen Frequenz- und Amplitudenfehler in Abhängigkeit von der Prescan-Schrittweite bei 120 kHz RBW. Das Beispiel demonstriert den ungünstigsten Fall: Die Frequenz liegt genau zwischen zwei Messfrequenzen, der gemessene Wert liegt 6 dB unter dem tatsächlichen Störsignalpegel.

Führt man die gleiche Messung mit einem kontinuierlich gewobbelten Empfänger durch, so wird zwar die maximale Störsignalamplitude korrekt erfasst, doch wird statt der tatsächlichen Störsignalfrequenz die Frequenz des Messpunkts angezeigt. Kontinuierlich gewobbelte Messempfänger erfassen alle Amplitudeninformationen, da die RBW wie ein Fenster über den gesamten Frequenzbereich geschoben wird (die halbe Schrittweite um den Messpunkt herum), ordnen diese jedoch der Frequenz an dem gewählten Messpunkt zu. Zurück zum Beispiel: Bei einem Messpunkte-Abstand von 120 kHz und einem Störsignal exakt zwischen zwei Messpunkten würde ein kontinuierlich gewobbelter Messempfänger die korrekte Störsignalamplitude messen, aber als Frequenz einen der beiden Messpunkte anzeigen – das wäre eine Abweichung um 60 kHz.

Um sicherzustellen, dass sowohl die Amplituden als auch die Frequenzen von Störsignalen bei der abschließenden EMV-Messung korrekt ermittelt werden, muss man zuvor alle auf der Verdächtigenliste stehenden Signale mittels einer Festfrequenzmessung untersuchen und gegebenenfalls die Liste korrigieren.