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Experten aus Industrie und Forschung an einem Tisch

Seminar für EMV-konformes Design hilft Fehler vermeiden

11. November 2015, 12:45 Uhr | Engelbert Hopf

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Floor Planning auf der Platine als solides Fundament

In einem zweiten Seminarblock widmen sich Prof. Dr. Bernd Deutschmann und Dr. Gunter Winkler von der Universität Graz der EMV-gerechten Positionierung von Funktionsgruppen und Komponenten auf der Platine. Sie zeigen anhand praxisbezogener Beispiele die Vorteile einer klaren Trennung in Bereiche wie Power, Analog, Digital – bis hin zur gruppenbezogenen Nummerierung von Bauteilen. Sie weisen anhand zahlreicher Designbeispiele nach, welchen immensen Einfluss die Leitungsführung auf der Platine bzw. die dort angesteckten Kabel auf die abgestrahlten Störpegel haben können. Versorgungsleitungen sollte man parallel in Form einer Baumstruktur führen. Von Vorteil ist es zudem, wenn Leitungswege möglichst kurz sind, und die Pfade für Hin- und Rückstrom möglichst dicht beieinander liegen. Ausführlich beleuchten die beiden Referenten, welche Störpotenziale entstehen können, wenn man bei mehrlagigen Platinen hochfrequente Signale über durch kontaktierte Brücken führt.

Als klassisches »NoGo« entpuppt sich dabei auch die beliebte Positionierung von Ein- und Ausgangsanschlüssen auf entgegengesetzten Seiten einer Platine. Wie anhand des hier gezeigten Diagramms deutlich wird, führt dies zu erheblich höheren Störpegeln in einem breiten Frequenzbereich zwischen 10 und 200 MHz. Der Grund dafür liegt darin, dass die die so entstehende, »aufgespannte Fläche« auf der Platine als Antennen wirkt. Deshalb ist es unter EMV-Aspekten ein absolutes Muss, die zur selben Funktionsgruppe gehörigen Stecker möglichst dicht neben einander zu platzieren. Strukturelle Schwächen wie diese lassen sich im Nachhinein nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand kompensieren.

Ausführlich gehen die beiden Experten auch auf den Einfluss ein, den die »geografische« Orientierung von Filterkomponenten auf die Performance des Filters hat. So sollte man Kapazitäten etwa immer parallel zu den Feldlinien der Induktivität positionieren. In diesem Zusammenhang wir auch auf die Problematik von »2nd Source«-Komponenten hingewiesen. Sie können auf den ersten Blick äußerlich baugleich erscheinen, obwohl die Wicklung innen um 90 Grad gedreht sein kann.

Designschwächen früh erkennen und beheben

Ein dritter Seminarblock befasst sich ausführlich mit der EMV-Messtechnik im Vorfeld der Zertifizierung. Dabei werden unter anderem Ergebnisse verglichen, die sich durch den Einsatz von Spektrum-Analyser und Time Domain Scanner erzielen lassen. Anhand einer Messung mit »Near Field«-Sonde wird gezeigt, wie sich Störquellen direkt auf der Platine lokalisieren lassen. Zwar liefern solche »manuellen« Messungen nur qualitative Ergebnisse, die nicht exakt reproduzierbar sind – sie erlauben aber zuverlässige Rückschlüsse auf die spätere Fernfeld-Messung im Prüflabor.

Noch detailliertere Ergebnisse liefert ein EMV-Scan. Er zeigt die Störpegel farblich aufgelöst über die Fläche der Platine verteilt, sodass problematische Hotspots förmlich »ins Auge« springen. Diese Technik ermöglicht es, den Einfluss von Maßnahmen zur Schirmung und Filterung in Echtzeit zu verfolgen. Der EMV-Scanner der Firma Emscan kann außerdem Referenzscans speichern und Peak-Holds über die Zeit erfassen.

Im letzten Teil des Seminars geht es um die Optimierung des Schaltungslayouts durch Filterung und Schirmung. Grundsätzlich sollen Gegenmaßnahmen sehr nahe an der Quelle vorgenommen werden, um die bestmögliche Wirkung zu erzielen. Nach etwas Theorie über Gleichtakt- und Gegentakt-Störer geht es um die spezifischen Eigenschaften der zur Entstörung zur Verfügung stehenden Komponenten. An konkreten Beispielen der Firma Würth Elektronik eiSos, wird unter anderem die Wirkung unterschiedlicher Kernmaterialien erläutert. Außerdem erfahren die Teilnehmer, dass stromkompensierte Drosseln für den Einsatz an Daten- oder Sensorleitungen bifilar gewickelt sein sollten, während beim Einsatz in der Leistungselektronik eine sektionelle Bewicklung vorzuziehen ist.