Störungen durch Schaltnetzteile finden
Hilfe für die Fehlersuche
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Ermittlung der Störungen durch das Schaltnetzteil
Nachdem erklärt wurde, wie das MDO-Display zu lesen ist, betrachten wir nun, wie sich mit einem MDO die von einem Schaltnetzteil verursachten Störungen in einer Schaltung untersuchen lassen. Für dieses Beispiel wird als Testobjekt eine Funkschaltung verwendet, die bereits in ein Modul für Funktests integriert wurde. Diese enthält auch eine entsprechende Filterung und Antennenanpassung. Das Funktestmodul ist auf einer Baugruppe montiert und wird über die MCU gesteuert. Der Testaufbau ist in Bild 4 zu sehen.
Um die Stromversorgung des Funkmoduls mit einem Schaltnetzteil zu simulieren, wird hier ein Aufwärtsregler-IC genutzt. Der Aufwärtsregler arbeitet mit einer Schaltfrequenz von ungefähr 500 kHz. Er liefert die vom Funkmodul benötigte Versorgungsspannung von 3,3 V bei einer Eingangsspannung von bis hinunter zu 0,8 V. Das bedeutet, dass das Funkmodul mit einer einzelnen Batteriezelle betrieben werden kann, sodass sich die Größe der Batterie reduzieren lässt.
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In Bild 5 ist dasselbe HF-Signal des Funkmoduls wie in Bild 3 zu sehen, dieses Mal aber mit einer Stromversorgung auf der Basis eines Aufwärtsreglers. Zwar lässt sich mit einem Aufwärtsregler eine relativ kleine und kostengünstige Stromversorgung mit nur einer oder zwei Alkali- oder NiCd-Batteriezellen und relativ wenigen zusätzlichen Komponenten realisieren, sie erzeugt jedoch viele Störungen.
Mit dem MDO sind diese Effekte zu sehen. In Bild 3 stellt die grüne Linie die mit Kanal 4 gemessene Stromaufnahme des HF-Senders dar. Dies ist eine dünne Linie, die nur geringe Störungen zeigt. In Bild 5 dagegen ist die Linie durch die Störungen deutlich dicker und ähnelt eher einer dicken Raupe.
Es ist deutlich zu sehen, dass die Störungen der Stromversorgung, die auf den Strom- und Spannungssignalen im oberen Fenster zu sehen sind, sich auch auf die HF-Übertragung auswirken. So ist eine leichte Erhöhung des Störpegels an der Basis des modulierten Signals im unteren Fenster erkennbar. In der Nähe des übertragenen Signals sind die Störungen um mindestens 5 dB höher als im Bild 3. Die Störungen verschlechtern den Störabstand des Signals am Empfänger und reduzieren damit die effektive Reichweite des Funksystems. Um eine höhere Leistung erreichen zu können, muss daher dieses Problem in der Schaltungsentwicklung behoben werden.
Messung der Störungen
Anhand eines anderen Beispiels lässt sich der Einfluss eines Aufwärtsreglers auf die HF-Übertragung verdeutlichen. Die Störungen durch das Schaltnetzteil lassen sich mit einem üblichen EMV-Stromsensor untersuchen und werden hier über einen Widerstand und einen kleinen Kondensator eingekoppelt.
Viele MDOs verfügen über eine automatische Marker-Funktion, die die Frequenz und Amplitude der wichtigsten Signale ermittelt, entweder als Absolutwerte oder als Differenzwerte zum größten Signal. Bild 6 zeigt die Schaltstörungen einer Stromversorgung in einer Ersatzlast ohne einen Aufwärtsregler. In der unteren Darstellung des Frequenzbereichs sind sieben automatische Marker an den sieben stärksten Störspitzen der Stromversorgung zu sehen. Der höchste Wert wird durch das rote Dreieck des Referenz-Markers links markiert. Dabei ist zu sehen, dass die Grundfrequenz und die zweite harmonische Frequenz etwa den gleichen Pegel haben, rund 30 dBµA. Die obere Hälfte des Bildschirms zeigt das Signal am Schalttransistor in der Funkschaltung. Die Messfunktion wird genutzt, um die Schaltfrequenz zu zeigen und damit die HF-Marker-Messung zu bestätigen.
Erfolgt die Stromversorgung der HF-Baugruppe nun über einen Aufwärtsregler, dann verändert sich die Zeit- und Frequenzbereichs-Anzeige der Störleistung. Bild 7 zeigt die gleichen Störungen durch die Stromversorgung wie Bild 6, aber es werden so viele zusätzliche Störungen ausgestrahlt, dass die ursprünglichen Signalmuster kaum mehr zu sehen sind. Zwar hat sich die zweite harmonische Frequenz verringert, aber es gibt viel mehr Störungen mit niedrigerem Pegel. Einige dieser Emissionen können den Betrieb des Funkempfängers stören und sollten sorgfältig untersucht werden.
Bild 8 zeigt ebenfalls starke Störungen, aber dieses Mal im höheren HF-Bereich von 220 MHz. Die automatisierten Marker zeigen das übertragene 868‑MHz-Signal sowie den Pegel des stärksten Störsignals. Die manuellen Marker können genutzt werden, um den Frequenzbereich des stärksten Störsignals zu messen. Die dargestellte Messung mit den manuellen Markern umfasst auch die Stördichte des Nutzsignals. Das Verständnis dieser Störungen kann wichtig sein, da – abhängig von der Architektur des Funkempfängers – die verschiedenen Störfrequenzen die Empfindlichkeit des Empfängers verschlechtern können.
Der Autor:
| Varun Merchant |
|---|
| unterstützt als Mainstream Technical Marketing Manager bei Tektronix die Test- und Messtechnikprodukte des mittleren Leistungsbereichs für die Bereiche Wireless und Energieumwandlung. Er verfügt über Erfahrung von mehr als vier Jahren in der Produktentwicklung und dem Design in der Halbleiterindustrie. Er hat einen MSEE-Abschluss der University of California, Santa Barbara und einen MBA der Stern School of Business, NYU. |
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