Startseite > Messen + Testen > Analysatoren > ICs als EMV-Schwachstellen: Probleme beseitigen

EMV und Störfestigkeit

ICs als EMV-Schwachstellen: Probleme beseitigen

27. Juni 2014, 15:57 Uhr | Wolfgang Hascher

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Moderne ICs leiden unter schnellen Störimpulsen

Durch die Eingangsschutzdioden fließen Strompulse der Breite 3ns mit einem Spitzenwert von 2 A in das Vdd und Vss Netz (Plot 04). Sie erzeugen an den Leitungsinduktivitäten des Vdd und Vss Netzes Spannungen bis 12 V (Plot 05). Das bedeutet, dass alle an das Versorgungssystem angeschlossenen CMOS Zellen ihre logischen Zustände verändern können. Ein Einbruch an Vdd um 3 V ist gleichzusetzen mit dem Abschalten der Versorgungsspannung in diesem Fall für 3 ns. Speicherzellen / Register werden ihren logischen Inhalt verlieren. Die Wirkung hängt natürlich von der Trägheit (Eigenkapazität) der Zellen ab. Nur wenn die Zellen schnell genug sind, kann eine Umladung und damit Beeinflussung erfolgen. Aus diesem Grund führten vor Jahren, als die ICs noch langsamer waren, schnelle Störimpulse nicht zur Beeinflussung. Moderne ICs leiden unter schnellen Störimpulsen und werden gestört.

Um hochfrequente Spannungsdifferenzen zwischen Vdd und Vss kurzzuschließen, sind Stütz- bzw. Abblockkondensatoren vorgesehen. Wegen der im Vdd / Vss Zweig vorhandenen Längsinduktivitäten müssen diese jedoch im IC angeordnet werden. Externe Abblockungen wirken für die schnellen Störflanken nicht. Die interne Stützkapazität kann aus speziellen CMOS-Zellen gebildet werden.

Im Bild 5 (a und b) ist die Wirkung der internen Abblockung des Vdd / Vss Systems mit unterschiedlichen Kapazitätswerten dargestellt. Die Wirkungen des Störimpulses wurden gedehnt dargestellt.
C1 = 1pF: Der Störimpuls setzt sich dominant durch und erzeugt pulsförmige Spannungsdifferenzen zwischen Vdd und Vss (Plot 06).
C1 = 100pF Der Störimpuls wird fast gleich auf Vdd und Vss verteilt (bei 1,5 µs), so dass durch ihn kaum Differenzspannungen entstehen. Der angestoßene Einschwingvorgang ist auf Vdd und Vss gegenphasig und erzeugt nachfolgend hohe Differenzspannungen im internen Versorgungssystem (Plot 07).
C1 = 1nF Durch den Kondensator C1 wird der Störimpuls vollständig gleich auf Vdd und Vss verteilt, so dass durch ihn keine Differenzspannung entsteht. Es entsteht ebenfalls ein gegenphasiger Einschwingvorgang der noch höhere Differenzspannungen erzeugt (Plot 08).
C1 = 10nF Durch den relativ großen Kondensator C1 wird der Störimpuls vollständig gleich auf Vdd und Vss verteilt, so dass durch ihn keine Differenzspannung entsteht. Das System schwingt nicht mehr an, so das keine Differenzspannung Vdd1 / Vss1 entsteht (Plot 09).