Zuverlässige EMV-Tests sichern den Produkterfolg - Schurter
Zuverlässige EMV-Tests sichern den Produkterfolg - Schurter
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<strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong><br />
<strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong><br />
Karl-Heinz Weidner<br />
Rohde & Schwarz GmbH & Co.KG<br />
<strong>EMV</strong>-Fachtagung<br />
Donaueschingen, 29.04.2010
Themen<br />
<strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong><br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Übersicht <strong>EMV</strong>-Messungen<br />
<strong>Tests</strong>trategien<br />
Unterscheidung Precompliance / Compliance Messungen<br />
Störemissionsmessungen – Technische Grundlagen<br />
<strong>EMV</strong>-"Störfaktoren"<br />
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Übersicht <strong>EMV</strong>-Messungen<br />
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Elemente der <strong>EMV</strong>-Physik<br />
Gerät<br />
Störquelle<br />
interne <strong>EMV</strong><br />
Ausbreitungsmedium<br />
Störsenke<br />
Störquelle<br />
Ausbreitungsmedium<br />
externe<br />
<strong>EMV</strong><br />
Gerät<br />
interne <strong>EMV</strong><br />
reguliert!<br />
Störquelle<br />
Ausbreitungsmedium<br />
Störsenke<br />
Störsenke<br />
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Anordnungen zum Messen der <strong>EMV</strong><br />
Störquelle<br />
Kopplung<br />
EMS<br />
Störsenke<br />
"Opfer"<br />
Funktionskontrolle<br />
Geräte zur Messung der<br />
Störfestigkeit<br />
Geräte zur Messung der<br />
Störaussendung<br />
Generator für<br />
die Störgröße<br />
Ankopplung<br />
(NNB, Stromzange,<br />
Meßantenne)<br />
EMI<br />
Netznachbildung<br />
Stromzange,<br />
Meßantenne<br />
Messempfänger,<br />
Spektrumanalysator<br />
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<strong>Tests</strong>trategien<br />
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Warum <strong>EMV</strong>-Messungen?<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Nachweis für die Einhaltung von nationalen/internationalen <strong>EMV</strong>-<br />
Messvorschriften (z.B. Markierung wie CE, FCC, CCC)<br />
Fortschreitende Harmonisierung der Messvorschriften und<br />
industrielle Globalisierung fördert Vereinheitlichung der <strong>EMV</strong>-<br />
Messverfahren und Anforderungen an die Messtechnik<br />
Damit Gewährleistung, dass Messergebnisse stets und überall<br />
dokumentiert und reproduzierbar sind<br />
Verschie<strong>den</strong>e Wege zum CE abhängig von:<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Komplexität der Messung<br />
Investionsaufwand<br />
Produkt<br />
Fertigung, Stückzahl<br />
Kostenabschätzung, welcher Weg optimal ist<br />
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<strong>Tests</strong>trategien für <strong>EMV</strong>-Messungen (1)<br />
Metho<strong>den</strong> zur Produktzertifizierung (z.B. CE-Zeichen)<br />
l<br />
Komplette Selbstzertifizierung<br />
l<br />
<br />
Beauftragung eines <strong>EMV</strong>-Dienstleisters (Testhaus)<br />
l<br />
Die <strong>Tests</strong>trategie bestimmt<br />
l<br />
l<br />
das eingesetzte Messequipment<br />
die angewandten Messverfahren<br />
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<strong>Tests</strong>trategien für <strong>EMV</strong>-Messungen (2)<br />
Alle <strong>EMV</strong>-Messungen hausintern (z.B. größere Unternehmen)<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Diagnose & und Vorzertifizierungsmessungen im (E-)Labor<br />
Zertifizierungsmessung im eigenen <strong>EMV</strong>-Labor<br />
Erheblicher personeller und finanzieller Aufwand<br />
Hohes <strong>EMV</strong>-Fachwissen und Erfahrung erforderlich<br />
Unabhängigkeit von externen Dienstleistern<br />
alternativ<br />
Weniger zeit-/kostenintensive Zertifizierungsmessungen (z.B.<br />
Störspannung, Störleistung) im eigenen <strong>EMV</strong>-Labor<br />
Zeit-/kostenintensive Messungen (z.B. Störstrahlung in<br />
Absorberhallen/auf Freifeldmessplätzen) beim <strong>EMV</strong>-Dienstleister<br />
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<strong>Tests</strong>trategien für <strong>EMV</strong>-Messungen (3)<br />
Hausinterne <strong>EMV</strong>-Messungen während E-Phase zur Vorbereitung auf<br />
die Abnahmemessung im externen Testhaus (z.B. mittlere<br />
Unternehmen)<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Kompromiß bezüglich Kosten und Personalaufwand<br />
Grundlegende <strong>EMV</strong>-Kenntnisse erforderlich<br />
Abhängigkeit von externen Dienstleistern in der Endphase der<br />
Produktentwicklung<br />
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<strong>Tests</strong>trategien für <strong>EMV</strong>-Messungen (4)<br />
Alle <strong>EMV</strong>-Messungen im Testhaus (kleinere Firmen, Firmen ohne<br />
eigenes <strong>EMV</strong>-Knowhow)<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Nur reine EMI-Übersichtsmessungen mit einfachen Hilfsmitteln<br />
(Ozilloskop, einfacher Spektrumanalysator)<br />
Kostengünstige Lösung (keine eigenen <strong>EMV</strong>-spezifischen<br />
Messgeräte)<br />
Keine Investition in <strong>EMV</strong>-Fachwissen erforderlich<br />
Vollständige Abhängigkeit von externen Dienstleistern in allen<br />
Phasen der Produktentwicklung<br />
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Unterscheidung Precompliance / Compliance<br />
Messungen<br />
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Klassifizierung von EMI-Messungen<br />
Compliance-Messgeräte<br />
EMI-Messungen mit genauem<br />
Grenzwertvergleich<br />
Bereich 3<br />
Normenkonforme<br />
Messungen<br />
EMI-Messempfänger<br />
konform gemäß CISPR 16-1-1<br />
EMI-Messungen mit<br />
Bezug auf Grenzwerte<br />
Bereich 2<br />
- mit Vorselektionsfilter<br />
Precompliance-Messungen<br />
- ohne Vorselektionsfilter<br />
EMI-Messempfänger<br />
nicht konform gem. CISPR 16-1-1<br />
Highend-Spektrumanalysatoren<br />
Precompliance Messempfänger &<br />
Mittelklasse-Spektrumanalysatoren<br />
Einfache Diagnose<br />
ohne Bezug auf<br />
Grenzwerte<br />
Bereich 1<br />
Entwicklungsbegleitende<br />
Diagnosemessungen<br />
Standard-Spektrumanalysatoren,<br />
Voltmeter, Oszilloskope<br />
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Was sind Precompliance-Messungen?<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Es gibt keine spezifische Definition für Precompliance-<br />
Messungen!<br />
Allgemein gilt: Alle nicht normenkonforme Messungen gelten als<br />
Precompliance-Messungen<br />
Precompliance-Messungen umfassen einen weiten Bereich:<br />
l<br />
l<br />
Messungen mit geringen Abweichungen von der Basisnorm<br />
(Precertification), quantitative Messungen<br />
<br />
Messungen ohne/mit geringem Bezug auf die Anforderungen<br />
der Basisnorm, nur qualitative Messungen<br />
Umfang: Von entwicklungsbegleiten<strong>den</strong> Diagnosemessungen bis<br />
zur Vorbereitung auf die Zertifizierung (Precertification)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 14
Unterscheidung Precompliance/Compliance<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Hauptunterschiede zwischen Compliance- und Precompliance-<br />
Messungen betreffen:<br />
l<br />
l<br />
die eingesetzten Messgeräte und die Messanordnung<br />
die angewandten Messverfahren und –metho<strong>den</strong><br />
Precompliance-Messungen wer<strong>den</strong> typ. vor Compliance-<br />
Messungen durchgeführt<br />
Precompliance-Messungen benötigen typ. weniger Zeitaufwand als<br />
Compliance-Messungen<br />
Die Kosten einer Precompliance-Messung sind typ. geringer als die<br />
einer Compliance-Messung<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 15
Anforderungen an Precompliance-Messungen<br />
Auch Precompliance-Messgeräte müssen bestimmte<br />
Qualitätskriterien erfüllen damit die Messergebnisse<br />
aussagefähig und zuverlässig sind<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Gute Kenntnis der technischen Eigenschaften der eingesetzten<br />
Messtechnik und deren Grenzen/Einschränkungen<br />
Korrekte Abschätzung und Interpretation der Messergebnisse<br />
Auch nicht-normenkonforme <strong>EMV</strong>-Messungen müssen<br />
aussagefähige Ergebnisse liefern können. Dies betrifft<br />
l<br />
l<br />
die Messgeräte<br />
die Messverfahren (Aufbau und Durchführung)<br />
Jede Abweichung von <strong>den</strong> Normenvorgaben erhöht die<br />
Messunsicherheit auf meist nicht quantifizierbare Weise und<br />
damit das Risiko bei der Zertifizierung durchzufallen<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 16
Warum Precompliance-Messungen?<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Bereits lange vor der erfolgreichen Produkteinführung (Marktreife)<br />
ist absolute Sicherheit erforderlich, dass alle <strong>EMV</strong>-Anforderungen<br />
eingehalten wer<strong>den</strong><br />
Es lohnt sich, <strong>EMV</strong>-Anforderung von Anfang an zu<br />
berücksichtigen, d.h. in der Entwicklungsphase rechtzeitig zu<br />
kontrollieren und potentielle <strong>EMV</strong>-Probleme frühzeitig zu erkennen<br />
Erhebliche Erleichterung der Zertifizierung des fertigen Produktes<br />
Vermeidung teurer Nachentwicklungen<br />
Termingerechte Markteinführung (Marktfenster)<br />
Ziel:<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Erste Vorstellung über das <strong>EMV</strong>-Verhalten des Produktes<br />
Minimierung des zeitlichen und finanziellen Aufwandes der<br />
abschließen<strong>den</strong> Produktzertifizierung<br />
Bestehen des Zertifizierungstests im ersten Anlauf<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 17
Vorteile von Precompliance-Messungen<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Optimierung des <strong>EMV</strong>-Verhaltens während der Messung ("Online-<br />
Debugging")<br />
<strong>EMV</strong>-Verhalten verschie<strong>den</strong>er Module/Komponenten können<br />
aufeinander abgestimmt wer<strong>den</strong><br />
Messungen lassen sich flexibler durchführen<br />
Neue Verfahren, die noch nicht standardisiert sind, können bereits<br />
eingesetzt wer<strong>den</strong> (z.B. Zeitbereichsmessverfahren)<br />
Späte <strong>EMV</strong>-Nachbesserungen sind meist zeitaufwändiger und<br />
teurer (z.B. Änderungen im Fertigungsprozess)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 18
Technische Unterscheidungsmerkmale (1)<br />
Technische Unterschiede zwischen entwicklungsbegleiten<strong>den</strong>/<br />
Precompliance- und normenkonformen EMI-Messungen<br />
(Produktzertifizierung)<br />
Beispiel Messempfänger<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Messunsicherheit<br />
Empfindlichkeit, Rauschmaß, Vorverstärkung<br />
Dynamikbereich speziell bei Pulsbewertung (Quasipeak)<br />
Übersteuerungsfestigkeit, Anzeige, Autoranging<br />
Vorselektion<br />
Bandbreiten und Detektoren nach Standard (CISPR/EN, MIL-STD)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 19
Technische Unterscheidungsmerkmale (2)<br />
Normenkonformität betrifft nicht nur die Messgeräte<br />
l Messgeräte gem. CISPR 16-1-1 … 16-1-4<br />
l Messverfahren gem. CISPR 16-2-1 … 16-2-4<br />
Anforderungen an eine normenkonforme Messung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Konformität der Messgeräte<br />
Konformität des Messaufbaus<br />
Konformität der Messverfahren<br />
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Technische Unterscheidungsmerkmale (3)<br />
Messgeräte (1)<br />
l<br />
Messempfänger/EMI-Analysator<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Messunsicherheit<br />
Empfindlichkeit (Grenzwerte)<br />
Bewertungsdetektoren (Quasipeak, Mittelwert mit<br />
Instrumentennachbildung, Effektiv-/ Mittelwert)<br />
Übersteuerungsfestigkeit<br />
<br />
<br />
1-dB-Kompressionspunkt, Dynamikbereich<br />
Vorselektion<br />
Anpassung HF-Eingang (VSWR)<br />
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Technische Unterscheidungsmerkmale (4)<br />
Messgeräte (2)<br />
l<br />
Zubehör für geleitete und gestrahlte Störemissionen<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Netznachbildung<br />
Impedanzverlauf (Betrag und Phase)<br />
Entkopplung / Übersprechen (≥ 40 dB)<br />
Messantennen<br />
Messunsicherheit (Kalibrierung)<br />
Antennenmast<br />
Reflektionsarm<br />
Messplatz<br />
Validierung, NSA-Anforderungen<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 22
Technische Unterscheidungsmerkmale (5)<br />
Messaufbau<br />
l<br />
Störspannungsmessung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Abstände gemäß Messvorschrift<br />
Definierte Bezugsmasse<br />
Korrekte Positionierung des Prüflings<br />
Induktivitätsarme Kabelführung<br />
l<br />
Störstrahlungsmessung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Abstände gemäß Messvorschrift<br />
Antennenpositionierung gemäß Messvorschrift<br />
Geringe Umgebungsstörer<br />
Kabelführung beachten (reflektionsarm)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 23
Technische Unterscheidungsmerkmale (6)<br />
Messverfahren<br />
l<br />
Störspannungsmessung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Prüfling in Betriebsart mit max. Störemission ("worst case")<br />
Messung auf allen Netzspannungsphasen<br />
Beeinflussung durch "Messumgebung" ausschließen<br />
l<br />
Störstrahlungsmessung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Prüfling in Betriebsart mit max. Störemission ("worst case")<br />
Prüflingsposititionierung (Drehtisch)<br />
Antennenpositionierung<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 24
Störemissionsmessungen –<br />
Technische Grundlagen<br />
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Übersicht EMI-Messungen<br />
Messverfahren<br />
militärisch<br />
& zivil<br />
Störquelle<br />
Nahfeld<br />
elektr.<br />
Stabantenne<br />
militärisch<br />
(zivil)<br />
Fernfeld<br />
militärisch<br />
lineare<br />
Breitbandantenne<br />
zivil<br />
Transducer<br />
militärisch<br />
& zivil<br />
magn.<br />
Rahmenantenne<br />
Störstrom<br />
Stromzange<br />
Störleistung<br />
Absorberzange<br />
zivil<br />
(militärisch)<br />
Netznachbildung<br />
Störspannung<br />
Conducted<br />
EMI<br />
NNB<br />
EMI<br />
Messempfänger<br />
EMI-Messungen (zivile Standards)<br />
CISPR Band A: 9 kHz - 150 kHz<br />
Störspannung<br />
Störfeldstärke (magn. Komponente)<br />
CISPR Band B: 150 kHz - 30 MHz<br />
Störspannung<br />
Störfeldstärke (magn. Komponente)<br />
CISPR Band C: 30 MHz - 300 MHz<br />
Störleistung<br />
Störfeldstärke (elektr. Komponente)<br />
CISPR Band D: 300 MHz - 1000 MHz<br />
Störfeldstärke (elektr. Komponente)<br />
CISPR Band E: 1 GHz - 18 GHz<br />
Störfeldstärke (elektr. Komponente)<br />
EMI-Messungen (milit. Standards)<br />
30 Hz – 40 MHz<br />
Störspannung<br />
30 Hz – 18 (40) GHz<br />
Störfeldstärke (magn. + elektr.<br />
Komponente)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 26
Beispiel: Störspannungsmessung mit<br />
V-Netznachbildungen<br />
> 200 cm<br />
Bezugsmasse<br />
groundplane<br />
> 200 > cm<br />
Messobjekt<br />
DUT<br />
niederohmige<br />
Verbindung LISN<br />
EMI-Messempfänger<br />
test receiver<br />
40<br />
V-NNB<br />
30to - 40 cm<br />
80 80 cm<br />
> > 80 80cm<br />
Holztisch<br />
woo<strong>den</strong><br />
table<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 27
Beispiel: Störstrahlungsmessung mit Messantennen<br />
Störgrössenmaximierung ("worst case")<br />
Mast 1 … 4 m<br />
Polarisation 90°<br />
Messobjekt<br />
Drehtisch 0 … 360°<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 28
Beispiel: Störleistungsmessung mit MDS-<br />
Absorberzange<br />
30 MHz<br />
30 MHz<br />
80 MHz<br />
80 MHz<br />
1 halfwave/30 MHz = 5 m<br />
Eine Halbwelle = 5 m<br />
Eine Halbwelle = 1,9 m<br />
1 halfwave/80 MHz = 1.9 m<br />
300 MHz<br />
300 MHz<br />
Messobjekt<br />
DUT<br />
Eine Halbwelle = 0,5 m<br />
1 halfwave/300 MHz = 50 cm<br />
MDS<br />
5 m 5m + + 22*60 x 0,6 cmm<br />
MDS Absorberzange<br />
Messempfänger<br />
test receiver<br />
Holztisch<br />
woo<strong>den</strong> table<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 29
Modell für EMI-Messungen nach milit. Standards<br />
1 m<br />
Störstrahlung<br />
(30 Hz – max. 18/40 GHz)<br />
Störquelle<br />
Störspannung<br />
(ca. 30 Hz - 40 MHz)<br />
Störsenke<br />
Hülle des Fahrzeugs/Schiffes/Flugzeugs<br />
Rahmen/Spant (5 cm)<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Messung in geschirmten Räumen<br />
Störstrahlung: Messabstand 1 m<br />
Keine echte Unterscheidung zwischen Nah- und Fernfeld<br />
Erweiterter Frequenzbereich gegenüber zivilen Standards<br />
Grenzwerte für Spitzenwert-Detektor<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 30
1<br />
Messempfänger vs. Spektrumanalysator<br />
Blockschaltbild<br />
Messempfänger<br />
Vorselektion<br />
Vorverstärker<br />
6dB Filter<br />
Scanner<br />
Detektoren<br />
peak<br />
average<br />
quasipeak<br />
log<br />
log<br />
G<br />
Spektrumanalysator<br />
(Vorverstärker)<br />
3dB Filter<br />
Sweeper<br />
log<br />
Detektoren<br />
peak +<br />
"video filter"<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 31
Messempfänger vs. Spektrumanalysator<br />
Frequenzabstimmung<br />
f<br />
Scan<br />
klassischer Messempfänger<br />
t mess<br />
t einschwing<br />
t<br />
t mess<br />
t<br />
moderner EMI-Messempfänger<br />
f<br />
Spektrumanalysator<br />
Synchronisierter Sweep<br />
Phase locked loop (PLL)<br />
f REF<br />
Phase<br />
comp.<br />
VCO<br />
f aus<br />
1<br />
n<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 32
Messempfänger vs. Spektrumanalysator<br />
ZF-Selektion<br />
l Bandbreitenverhältnis 3 dB (6 dB) : 60 dB<br />
Formfaktor ("shape factor")<br />
l Spektrumanalysator 1:4 ... 12<br />
Einschwing-optimiert<br />
(kurze Sweepzeit)<br />
l Messempfänger 1:2 ... 5<br />
Normativ (EMI: CISPR16-1-1) oder<br />
an Signaltyp (Nutzsignal) angepaßt<br />
(Kanalfilter)<br />
Moderne Analysatoren und<br />
Messempfänger verwen<strong>den</strong><br />
digitale Filter<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 33
Digitales vs. analoges Filter<br />
0<br />
- 4<br />
- 8<br />
IF b a n d w id th : req u ire m e n ts to C IS P R<br />
IF b a n d w id th 9 k H z<br />
1 .5 d B<br />
- 1 .5 d B<br />
- 6 d B<br />
CISPR 16-1-1<br />
6 dB-ZF-Bandbreiten:<br />
200 Hz<br />
9 kHz<br />
120 kHz<br />
Impulsbandbreite:<br />
1 MHz<br />
- 1 2<br />
- 1 6<br />
- 2 0<br />
- 1 0 - 5<br />
0<br />
5 1 0<br />
lim its o f<br />
s e le c tio n c u rv e s<br />
e sib w 1<br />
1 k H z<br />
4 k H z<br />
2 k H z<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 34
Digitales vs. analoges Filter<br />
Vorteile digitaler Filter<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Keine Alterung der Bauteile; optimale Langzeitstabilität<br />
Schnellere Sweeps möglich mittels Ergebniskorrektur<br />
Exakte Filterkurven; alle Formfaktoren<br />
Sehr gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 35
Spektrumanalysator (breitbandig)<br />
P<br />
Außerbandsignale<br />
ohne Vorselektion<br />
m-spek-1<br />
f<br />
1<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 36
Messempfänger (frequenzselektiv)<br />
P<br />
Außerbandsignale<br />
mit Vorselektion<br />
m-spek-1<br />
f<br />
1<br />
Mischerpegel<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 37
Pegelverringerung durch Bandbreitenreduktion<br />
V ZF<br />
BW ZF<br />
79,6 dBuV<br />
Selektivität<br />
m-nbbb-1<br />
f<br />
V RF<br />
BW RF<br />
f<br />
U<br />
f 1<br />
11<br />
f n<br />
n = 1<br />
∞<br />
f 3 = 3 f 1<br />
n = 1<br />
f 7 = 7 f1<br />
f 9 = 9 f 1<br />
f<br />
f 5 = 5 f 11 = 11 f 1<br />
1<br />
f n<br />
t<br />
V RF<br />
/V ZF<br />
= BW RF<br />
/BW ZF<br />
p RF<br />
/p ZF<br />
= 20 log (BW RF<br />
/BW ZF<br />
)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 38
Dynamikanforderungen nach CISPR 16-1-1<br />
p IN<br />
1 dB-Kompression<br />
120 dBµV<br />
20 log (BW RF<br />
/BW ZF<br />
) Pegelverringerung durch Bandbreitenreduktion (z.B. 100 MHz / 120 kHz ⇒ 60 dB)<br />
60 dBµV<br />
P ind max<br />
0 1 2 3 4<br />
10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10 2 3 5 10<br />
5 Hz<br />
0<br />
QP-Reserve<br />
≤ 43.5 dB<br />
-10<br />
-20<br />
verbleibender CISPR-<br />
Dynamikbereich<br />
für Breitbandstörer<br />
N<br />
p ind<br />
≈ 0 dBµV<br />
Einfluss der Messbandbreite (z.B. 120 kHz)<br />
Dynamikbereich<br />
für Schmalbandstörer<br />
≈ 6 dBuV<br />
-30<br />
-40<br />
dB<br />
F<br />
Rauschmaß (der Halbleiter)<br />
p n<br />
Thermisches Rauschen<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 39
Dynamikanforderungen nach CISPR 16-1-1<br />
Compliance<br />
P in<br />
20 log ( B / B )<br />
HF ZF<br />
10 0 2 3 5 10 1 2 3 5 10 2 2 3 5 10 3 2 3 5 10 4 2 3 5 10<br />
5 Hz<br />
P disp<br />
43.5 dB<br />
Quasipeak<br />
Dynamikreserve für volle CISPR 16-Konformität<br />
S/N 6 dB<br />
(QP) P ind<br />
Band C/D<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 40
Dynamikanforderungen nach CISPR 16-1-1<br />
Precompliance und Compliance nach Ausgabe 3<br />
P in<br />
20 log ( B / B )<br />
HF ZF<br />
10 0 2 3 5 10 1 2 3 5 10 2 2 3 5 10 3 2 3 5 10 4 2 3 5 10<br />
5 Hz<br />
S/N 6 dB<br />
43.5 dB<br />
21 dB<br />
P disp<br />
Quasipeak<br />
(QP) P ind<br />
Fehlende Dynamik für uneingeschränkte CISPR 16-Konformität<br />
Band C/D<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 41
<strong>EMV</strong>-"Störfaktoren"<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 42
Kostenfaktor <strong>EMV</strong><br />
Kosten für <strong>EMV</strong>-Massnahmen<br />
Definitionsphase<br />
Entwicklungsphase<br />
Integrationsphase<br />
Fertigungsphase<br />
HW-Modul-Entwicklung<br />
ASIC-/FGPA-Entwicklung<br />
SW-Entwicklung<br />
Vordefinition<br />
Hauptdefinition<br />
HW-/SW-<br />
Modulintegration<br />
Geräteintegration<br />
Geräteverifikation<br />
(Prototyp)<br />
Serienfertigung<br />
Elektr./mech.<br />
Konstruktion<br />
t<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 43
"Störfaktoren" für die <strong>EMV</strong>-Performance<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Nachträgliche Produktänderungen<br />
Geänderte Fertigungsprozesse während Produktlebenszyklus<br />
Änderungen bei der Qualitätskontrolle<br />
Alterung und Umwelteinflüsse<br />
Änderung der <strong>EMV</strong>-Anforderungen (Normenänderung)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 44
Einfluß von Produktänderungen<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Änderungen die die <strong>EMV</strong>-Performance explizit beeinflussen<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Verwendung anderer Bauteile/Baugruppen (Auslauf, Zukaufteile)<br />
Geänderte Schirmungsmaßnahmen<br />
Einsatz neuer Technologien (geändertes Leiterplattendesign,<br />
Leiterführung, Multilayer)<br />
Änderungen ohne <strong>EMV</strong>-Relevanz<br />
l<br />
l<br />
Äußeres Erscheinungsbild (Lackierung, Bedruckung)<br />
Passive Ersatzbauteile (Widerstände, mech. Schalter)<br />
Änderungen die die <strong>EMV</strong>-Performance ungewollt beeinflussen<br />
können<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Konstruktive Änderungen (Kabelführung, Baugruppenplatzierung)<br />
Änderungen im elektrischen Layout<br />
Firmwareänderungen (Updates z.B. für Serienfreigabe, Aktivierungen,<br />
Oszillator-/Bustakt, Erweiterungen)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 45
Geänderte Fertigungsprozesse<br />
l<br />
l<br />
Änderungen im Produktionsablauf<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Montageoptimierung durch konstruktive Änderungen<br />
(z.B. geänderte Verbindungselemente, Kabelbäume, Bauteilpositionierung<br />
bei autom. Bestückung, Baugruppenplatzierung)<br />
Einsatz von Zukaufteilen/-baugruppen ("second source")<br />
Verwendung nicht-normenkonformer Komponenten<br />
Geänderte Serienkontrolle (Häufigkeit, Umfang) ⇒ Kosteneinsparung<br />
Kosteneinsparungen<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Bauteilreduzierung (Standardisierung) - > Ersatzbauteile mit anderen<br />
Toleranzen<br />
Geänderte Fertigungsprozesse (Lackierung statt Galvanisierung)<br />
Materialänderungen (Blechmaterialien, -stärken, Einsatz von Kunststoffen)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 46
Änderungen bei der Qualitätskontrolle<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Falsche Bewertung durch Nichtberücksichtigung aller<br />
Betriebsbedingungen ("Worst Case")<br />
Einfluss der Prüfeinrichtung<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Austausch von Messequipment (Antennen, NNBen, Verkabelung)<br />
Kalibrierintervall überschritten<br />
Geänderter Messaufbau ("reference ground")<br />
Geänderte Messumgebung<br />
Fehlerhafte Bewertung der Serienstreuung (Statistik) z.B. nach<br />
Produktänderungen<br />
Kontrollmessungen<br />
l<br />
l<br />
Wie oft und wieviel?<br />
Umfang<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 47
Alterung und Umwelteinflüsse<br />
l<br />
l<br />
Korrosion<br />
l<br />
l<br />
Kontakte<br />
Schirmungselemente<br />
Langzeitverhalten<br />
l<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Stabilität nicht gewährleistet (aktive Bauteile aber auch z.B.<br />
Siebkon<strong>den</strong>satoren)<br />
Änderung der Materialeigenschaften<br />
Materialkombinationen geeignet?<br />
Erfahrung bei Zukaufteilen?<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 48
Änderung der <strong>EMV</strong>-Anforderung (Normung)<br />
l<br />
l<br />
l<br />
Neue Produktnormen<br />
l z.B. CISPR 32 als neue Produktnorm für Multimedia-Geräte ab 2012<br />
(= CISPR 13 + CISPR 22); Übergangsdauer 5 Jahre<br />
Geänderte oder neue Grenzwerte<br />
l<br />
l<br />
z.B. CISPR 14-1 Ausgabe 5 mit Amend.1:2008 (Störstrahlungsmessung<br />
30 – 1000 MHz)<br />
z.B. CISPR 15 Ausgabe 7 mit Amend. 1:2006 (Störstrahlungsmessung<br />
30 – 300 MHz)<br />
Neue Bewertungsdetektoren<br />
l<br />
l<br />
Linearer Mittelwertgleichrichter mit Instrumentennachbildung und<br />
Zeitkonstante (CISPR 16-1:1999 mit A1:2002)<br />
Effektivwert-/Mittelwertgleichrichter (CISPR 16-1-1:2006 Ausgabe 2 mit<br />
A2:2007)<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 49
Änderung der <strong>EMV</strong>-Anforderung (Normung)<br />
l<br />
l<br />
Erweiterte Frequenzbereiche<br />
l<br />
z.B. EN 55022:2005 mit Amend. 1:2005: Messungen > 1 GHz<br />
In der EU ab 01.10.2011 verpflichtend (EN 55022:2006 mit Amend. 1:2007)<br />
Neue Messverfahren<br />
l<br />
l<br />
z.B. CISPR 16-1-1 Ausgabe 3: Verwendung von Spektrumanalysatoren<br />
ohne Vorselektion für normenkonforme Messungen von Störaussendungen<br />
z.B. CISPR Joint Task Force A/D: Aufnahme des Zeitbereichsmessverfahrens<br />
in CISPR 16-1-1 als alternative Methode ("FFT-based emission<br />
measurement apparatus")<br />
04.2010 | <strong>Zuverlässige</strong> <strong>EMV</strong>-<strong>Tests</strong> <strong>sichern</strong> <strong>den</strong> <strong>Produkterfolg</strong> | 50
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