Feldquellen sind essenzielle Werkzeuge für die entwicklungsbegleitenden EMC‑Störfestigkeitsuntersuchung. Sie ermöglichen Entwicklern, gezielt verschiedene Oberflächenbereiche von elektronischen Baugruppen mit elektrischen oder magnetischen Feldern zu beaufschlagen. Normalerweise wird eine solche Beaufschlagung mit Feldquellen geringer Auflösung begonnen, um größere Gebiete der Baugruppe mit weit gefächerten Feldbündeln zu beeinflussen. Dadurch lassen sich Fehlerbereiche eingrenzen, jedoch keine exakten Ursachen der Störungen bestimmen. Daher werden anschließend höher auflösende Feldquellen verwendet. Diese geben schmale und konzentrierte Feldbündel ab, mit denen sich Schwachstellen innerhalb der Fehlerbereiche klar ermitteln lassen.
Anwendung der Feldquellen zur Fehlersuche
Voraussetzung ist, dass die Baugruppe mit einem Normgenerator (ESD oder Burst) gemäß Norm beaufschlagt wird. Die dabei entstehenden Fehlerbilder werden präzise erfasst und müssen anschließend bei der Lokalisierung mit Feldquellen wiedergefunden werden.
Hinweis: Während der Analyse mit Feldquellen werden zum Teil neue Fehlerbilder entdeckt. Diese entstehen oft unter der Störschwelle des Normtests und sind daher weniger entscheidend. Im Anschluss können diese zusätzlichen Fehlerbilder ebenfalls beseitigt werden und tragen somit zur Härtung der Baugruppe bei.
Praxisbeispiel
Abbildung 1 bis 3 zeigen eine elektronische Schaltung bei der ein Prozessor über HDMI einen Bildschirm ansteuert. Der Prozessor ist über BUS-Leitungen (Abbildung 1-3) mit einem Speicherschaltkreis (RAM) verbunden und ruft kontinuierlich aus diesem sein Programm ab. Die Beaufschlagung mit einem Normgenerator führt zu dem Fehlerbild, dass der Bildinhalt auf dem HDMI-Monitor einfriert. Nur durch die Unterbrechung der Stromversorgung des Prozessors kann der Prozessor wieder befreit werden.
Die erste Aufgabe besteht darin, den Fehler des Bildschirm-Einfrierens bei der Beaufschlagung der Baugruppe mit Feldquellen zu reproduzieren. Das HDMI-System (Steckverbinder, HDMI-Kabel, Monitor) wird als erstes als mögliche Fehlerquelle in Betracht zugezogen. Die Fehlersuche beginnt mit der Magnetfeldquelle BS 02, der größten Magnetfeldquelle im Set des Entwicklungssystems Störfestigkeit E1 set. Alternativ können die BS 02-h aus dem Feldquellenset H2/3 in Verbindung mit einem Burst-Generator oder die BS 02-h aus dem Entwicklungssystem TroubleStar ESD / Burst TS 23 set verwendet werden. Die BS 02 wird im Abstand von maximal zwei Zentimetern über die Baugruppe geführt (Abbildung 1). Die mögliche Eingrenzung der Schwachstelle entspricht dabei in etwa der Größe des Feldquellenkopfes.
Bei der Beaufschlagung des HDMI-Systems treten Bildstörungen oder ein schwarzer Bildschirm auf, was aber nicht dem gesuchten Fehlerbild entspricht. Anschließend wird Stück für Stück die gesamte Baugruppe mit der Feldquelle BS 02 beaufschlagt. Im Bereich des Prozessors und des RAM kann tatsächlich der gesuchte Fehler reproduziert werden. Mit der höher auflösenden Feldquelle BS 04 DB (E1 set) lässt sich der Fehler weiter eingrenzen (Abbildung 2). Alternativ geht auch hier die BS 04DB-h aus den Feldquellensets H2 und H3 set in Verbindung mit einem Burst-Generator.
Zunächst ist unklar, ob die Ursache im RAM, in den Leiterbahnen oder im Prozessor liegt. Die Beaufschlagung der Oberfläche des Speicherschaltkreises erzeugt neue Fehlerbilder auf dem Monitor (ähnlich einem Schachbrettmuster), die vorerst nicht relevant sind (siehe oben).
Zur weiteren Analyse wird mit der Feldquelle BS 05 DU der Bereich der BUS-Leiterbahnen zwischen den beiden ICs untersucht (Abbildung 3). Hier lässt sich das Fehlerbild direkt an den Leitungen reproduzieren. Mit diesem Wissen können nun geeignete Gegenmaßnahmen getestet werden. Um den Störeinfluss auf den Bus-Leitungen zu unterbinden, müssten diese abgeschirmt werden. Zum Test werden daher die BUS-Leitungen mit Kupferfolie überklebt und die Baugruppe erneut mit dem Normgenerator beaufschlagt. Das Ergebnis ist, dass die Abschirmung das vorherige Fehlerbild verhindert. Die erfolgreiche Abschirmung kann nun durch entsprechende Layoutmaßnahmen in die Praxis umgesetzt werden. Z.B. könnten die Busleitungen in eine Innenlage verlegt und mit einer Masseebene abgeschirmt werden.
Hinweis: Dieser Störfestigkeitstest sollte in einer möglichst frühen Entwicklungsphase (erster Prototyp) durchgeführt werden, um unnötige Layoutänderungen zu vermeiden. Durch den gezielten, strategischen Einsatz von Feldquellen erhalten Entwickler effektive Werkzeuge, um Schwachstellen im Design zu identifizieren und daraufhin gezielte Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
Nutzen Sie dazu folgende Produkte der LEMV: