Testausrüstung und Reduzierungsrichtlinien für leitungsgeführte Störaussendungen

Einer meiner Hochschulkurse war so schwierig, dass der Professor uns die Prüfungsfragen schon eine Woche im Voraus gab. Obwohl man genau wusste, was man für das Examen lernen musste, fielen viele Studenten trotzdem durch. Mit der Analyse leitungsgeführter Störaussendungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist es ähnlich. Geräte müssen darauf überprüft werden, ob sie über ihre Stromversorgung zu viel Rauschen ins Netz zurückleiten. Die FCC könnte sonst denken, dass Sie das Stromnetz stören wollen. Es ist nicht schwer, Geräte im Voraus auf elektromagnetische Störaussendungen, die durch die Stromversorgung in das Netz zurückgeleitet werden, zu testen. Dennoch fallen viele Produkte beim endgültigen Test immer noch durch. In dieser letzten Etappe zu scheitern, kostet viel Zeit und Geld. All das lässt sich vermeiden – mit der richtigen Ausrüstung und der Durchführung einiger Pre-Compliance-Tests. Sinnvoll ist es ebenfalls, sich das PCB-Design und die Stromversorgung anzusehen, um alle Probleme mit leitungsgeführten Störaussendungen gleich an der Quelle auszumerzen.

Vorteile von Pre-Compliance-Tests

Wir hatten damals auch mehrere Kurse mit Prüfungen, die die Verwendung von Materialien wie Büchern und Aufzeichnungen erlaubten. Viele Studenten bereiteten sich nicht vor, weil sie dachten, Tests dieser Art seien einfach. Sie lagen falsch und viele von ihnen fielen durch. Viele Leute gehen davon aus, dass die leitungsgeführten Störaussendungen gegenüber den abgestrahlten Emissionen der einfachere Teil der EMV sind, aber sie verursachen genauso viele Ausfälle.

Wenn Sie den endgültigen Test für leitungsgeführte Störaussendungen nicht bestehen, müssen Sie ihn wiederholen, was Tausende Dollar kosten kann. Das Nichtbestehen eines Hochschulexamens ist schlimm, aber ein Scheitern bei diesen Tests ist wie Sitzenbleiben. Ausrüstungen für Pre-Compliance-Tests sind teuer, kosten aber bei weitem nicht so viel wie eine Wiederholung des Zertifizierungstests. Das Scheitern bei der EMV-Begutachtung kann auch die Markteinführung Ihres Produkts verzögern. Wenn Sie umfangreiche Korrekturen durchführen müssen, könnte das Ihr Projekt erheblich verzögern. Besser ist es deshalb, Probleme schon ganz am Anfang zu erkennen, wenn sie noch relativ einfach zu beheben sind.

^{Und Sie haben gedacht, Hochschulprüfungen wären schwer.}

Ausrüstungen für Pre-Compliance-Tests

Die für leitungsgeführte Störaussendungen benötigte Testausrüstung ist mit der für abgestrahlte Emissionen vergleichbar. Für derartiges Equipment müssen Sie mehrere tausend Dollar hinlegen.

• Spektrumanalysator (erforderlich)  – Ein Spektrumanalysator ist das Rückgrat für Pre-Compliance-Tests. Er ermöglicht es Ihnen, jede von Ihrer Leiterplatte ausgehende elektromagnetische Störaussendung zu analysieren. Er ist wahrscheinlich die teuerste Komponente mit einem Preis ab 1.000 $ aufwärts.

• Software (erforderlich) – Das erlaubte Verwenden von Büchern in einem Test nützt nichts, wenn man nicht lesen kann – das Gleiche wäre ein Spektrumanalysator ohne Software. Bei einigen davon ist die Software inbegriffen. Falls das für Ihren nicht zutrifft, wählen Sie auf alle Fälle einen aus, der zu kostenlosen Programmen kompatibel ist.

• Netznachbildung (LISN) – Das ist etwas, was Sie für Testen auf leitungsgeführte, aber nicht für abgestrahlte Störaussendungen benötigen. Ein LISN isoliert Ihr Gerät von allem Rauschen der Stromquelle und sorgt für die Impedanzanpassung, sodass Ihr Spektrumanalysator genau arbeiten kann. Wenn Sie wirklich genaue Tests möchten, dann brauchen Sie davon zwei.

• Vorverstärker (optional)  – Ein Vorverstärker verstärkt alle von Ihrem Gerät kommenden Signale, sodass sie leichter lesbar sind. Er ist nicht unbedingt erforderlich, aber vielleicht ganz sinnvoll.

^{Sorgfalt beim Routing und der Erdung wird Ihnen beim Vermeiden von elektromagnetischen Störaussendungen helfen.}

Mögliche Probleme

Nachdem Sie die ganze Ausrüstung zusammengestellt haben, können Sie Ihr Produkt testen. Sollte alles gut gehen, können Sie sich ruhig über mich ärgern, weil ich Sie zu Pre-Compliance-Tests überredet habe, aber das macht mir nichts aus. Sollte es allerdings ein Problem geben, ist es wahrscheinlich, dass die Ursache in Ihrer Stromversorgung oder in Ihrem PCB liegt. Dinge wie Übersprechen und Erdschleifen können das Rauschen in Ihrer Schaltung verstärken, das dann über Ihre Stromversorgung herausgeleitet werden kann.

Obwohl Ihre gewählte Stromversorgung die EMV-Anforderungen erfüllen sollte, kann die Wirklichkeit ganz anders aussehen. Eine einzelne Stromversorgung kann einer schlechten Charge entstammen. Stromversorgungen werden manchmal auch nur mit Gleichstrom getestet und das Wechselstrom-Rauschen in Ihrer Schaltung kann ihre elektromagnetische Verträglichkeit zunichte machen. Unabhängig vom Grund wird Ihr Gerät den Anforderungen wahrscheinlich nicht gerecht werden, wenn es Ihre Stromversorgung nicht ebenfalls tut. Pre-Compliance-Tests können Ihnen helfen festzustellen, ob Sie die richtige Stromversorgung gewählt haben oder ob Sie vor der Fertigstellung Ihrer Designs einen Austausch vornehmen müssen.

Übersprechen entsteht, wenn Signale auf Ihrer Leiterplatte an Stellen gelangen, an denen sie nichts zu suchen haben. Es gibt viele Ursachen für Übersprechen, unter anderem gemischte Wechselstrom-/Gleichstrom-Signale, schlechtes Differentialpaar-Routing und mangelhaftes Hochgeschwindigkeits-Routing. In der Regel möchten Sie Störsignale möglichst weit von anderen Schaltungen fernhalten. Außerdem sollten Sie auch die Leiterbahnen kurz halten, damit sie nicht wie Antennen wirken und elektromagnetische Störungen abstrahlen.

können ebenfalls Problemquellen für Ihr PCB sein. Generell helfen Masse- und Stromversorgungsflächen, elektromagnetische Störungen abzuschwächen, aber wenn Sie die Bildung von Schleifen in ihnen zulassen, haben Sie ein Problem. Um das zu vermeiden, sollten Sie Ihre Masseflächen sorgfältig entwerfen

Sie sollten immer versuchen, die EMV-Zertifizierungstests gleich beim ersten Mal zu bestehen. Wiederholungen kosten Sie Zeit und Geld, sind aber eigentlich einfach zu vermeiden. Tests selbst durchzuführen und Probleme frühzeitig zu beheben, ist der richtige Weg. Sie können sogar weitere Probleme vermeiden, indem Sie Ihr PCB von vornherein so entwerfen, dass elektromagnetische Störaussendungen reduziert werden. Versuchen Sie, Übersprechen zu reduzieren und Erdschleifen zu eliminieren, damit Ihre Schaltung den Test im ersten Anlauf besteht.

Die Theorie des elektromagnetisch verträglichen PCB-Designs ist schön und gut, in der Praxis kann es aber ganz anders aussehen. Großartige PCB-Design-Software wie CircuitStudio kann Ihnen dabei helfen, alle diese Prinzipien in der Praxis umzusetzen. Sie bietet viele hochentwickelte Tools, die Ihren Job zu einem Kinderspiel machen werden.

Haben Sie noch Fragen zu leitungsgeführten Emissionen? Dann kontaktieren Sie einen Experten bei Altium.