Elektromagnetische Verträglichkeit EMV-Konformität meistern! Störquellen – Teil 2

EMV gehört zu den meistunterschätzten Themen im Entwicklungsprozess elektronischer Geräte. Diese Artikelserie behandelt die wichtigsten Punkte, um eine konforme elektromagnetische Integrität von Produkten zu gewährleisten. In Teil 2 geht es um die Störquellen.

Es ist wichtig, aus der Darstellung von Signalen im Zeitbereich auf deren Störpotenzial im Frequenzbereich zu schließen. Im Zeitbereich beschreiben Signale die Variation einer physikalischen Größe (z.B. Spannung oder Strom) über die Zeit. Das Störpotenzial eines Signals im Frequenzbereich bezieht sich darauf, wie sich diese zeitliche Variation eines Signals auf verschiedene Frequenzen verteilt. In den Bildern 2 bis 4 sind einige Beispiele dargestellt.

Bild 2A zeigt ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis (DC) von 50%. Im Frequenzspektrum sind exponentiell fallende Amplituden zu sehen, wobei die Frequenzen ungeradzahlig sind. Das Störpotenzial ist mittel, wobei sich das Störpotenzial durch eine Überprüfung und ggf. Verlangsamung der Flankenanstiegs- und abfallzeiten reduzieren lässt.

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Bild 2B zeigt ein Rechtecksignal mit einem DC von 51%. Im Frequenzspektrum sind mäßig fallende Amplituden erkennbar, wobei die Frequenzen gerad- und ungeradzahlig auftreten. Das Störpotenzial ist hoch. Justiert man den DC auf 50%, dann lässt sich die Zahl der auftretenden Harmonischen halbieren.

Bild 2C zeigt ein Rechtecksignal mit einem DC von 51%. Im Frequenzspektrum sind kaum fallende Amplituden erkennbar, wobei die Frequenzen gerad- und ungeradzahlig auftreten. Das Störpotenzial ist sehr hoch. Falls der geringe DC notwendig ist, Leiterbahn als koplanaren Wellenleiter mit Masselage, oder als zentrierte Stripline ausführen.

Bilder 3D und 3E zeigen ein Rechtecksignal mit sehr kurzen t_rund t_f im Bereich von 2 ns. Die Harmonischen reichen weit bis in den GHz-Bereich. Bei t_rund t_f im Bereich von 10 ns bleiben die relevanten Harmonischen im Bereich < 500 MHz. Das Störpotenzial ist sehr hoch, so dass t_rund t_f schaltungstechnisch auf ein notwendiges Maß ausgelegt werden sollten. Die Leiterbahn sollte als koplanarer Wellenleiter mit Masselage, oder als zentrierte Stripline ausgeführt werden.

Bilder 3F und 3G zeigen ein Rechtecksignal mit ungleichen t_rund t_f. Sind t_rund t_f nicht gleich, erhöht sich die Anzahl der Harmonischen erheblich. Das Störpotenzial ist hoch, so dass t_rund t_f schaltungstechnisch auf gleiche Zeiten ausgelegt werden sollten.

Periodische transiente Signale mit nicht konstanten Phasen

Bild 4H zeigt periodische, transiente Schaltsignale deren Phasen nicht konstant sind. Im Frequenzbereich zeigt sich ein breitbandiges Spektrum mit nicht konstanten Amplituden. Das Störpotenzial ist mittel, lässt sich weiter reduzieren, wenn auf stabilen Massebezug und kleine Stromschleifen im Design geachtet wird. Im Gegentakt einfach, im Gleichtakt schwerer zu filtern.

Bild 4I zeigt ein nicht zeitkonstantes Rechtecksignal, das sich im Frequenzbereich breitbandig mit nicht konstanten Amplituden präsentiert. Das Störpotenzial ist niedrig, wobei es sich empfiehlt, das Signal auf der Leiterplatte über durchgehender Masse zu führen und Bus-Signale zusammenzuhalten.

Im Zeitbereich periodische Signale wiederholen sich regelmäßig über der Zeit. Diese Signale haben im Frequenzbereich diskrete Frequenzkomponenten, die harmonisch zueinander sind (das Vielfache der Grundfrequenz). Das Störpotenzial der harmonischen, diskreten Frequenzen ist hoch. Im Zeitbereich nichtperiodische Signale weisen keine regelmäßige Wiederholung über die Zeit auf und können zufällig oder aperiodisch sein.

Beispiele für nichtperiodische Signale sind Impulse, Störungen, Rauschen und einmalige Ereignisse. Im Frequenzbereich haben nichtperiodische Signale im Allgemeinen ein kontinuierliches Spektrum über einen breiten Frequenzbereich, ohne diskrete harmonische Komponenten, das Störpotenzial ist im Allgemeinen deutlich geringer als bei periodischen Signalen. (kr)

Elektromagnetische Verträglichkeit

Die Anforderungen an die EMV-Konformität meistern!

Design-Tipp

EMV-Konformität meistern! Störquellen – Teil 1

* Dr.-Ing. Heinz Zenkner ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für EMV.

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