9.1 Einleitung
Die fortschreitende Entwicklung in der Elektrotechnik hat dazu geführt, daß die Belastung der Umwelt mit elektromagnetischen Strahlen stark angestiegen ist. Die Gründe hierfür sind:
- die ständige Zunahme von elektronischen Geräten (vorzugsweise Kommunikationelektronik, wie z.B. Handys)
- die zunehmende räumliche Nähe unterschiedlicher elektrischer und elektronischer Geräte
- die immer kleiner werdenden Strukturen moderner Halbleitertechnik
- die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der Elektronik
Die Konsequenz ist ein ständiger Zuwachs des Störpegels und der Störbarkeit. Die Störung kann elektromagnetisches Rauschen, ein unerwünschtes Signal oder eine Veränderung des Ausbreitungsmediums selbst sein.
Damit elektronische Geräte zufriedenstellend in ihrer Umwelt arbeiten können, hat der Gesetzgeber Vorschriften und Normen festgelegt, die das Thema elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) behandeln. Am 01.01.1996 hat das Gesetz (EU-Richtlinie 89/336/EWG), das europaweit gilt, neue Rahmenbedingungen erhalten, die verbindlich für alle nach dem 01.01.1996 erstmalig in den Verkehr gebrachten Geräte gelten. D. h., jedes neu entwickelte Gerät muß einerseits in einer elektromagnetisch gestörten Umwelt einwandfrei funktionieren und darf andererseits andere Einrichtungen nicht beeinflussen. Somit mußte der konventionelle Entwurf eines elektronischen Gerätes um die Phase der EMV-Analyse (Störsicherheit) erweitert werden, um teure Änderungen nach der Herstellung zu vermeiden. Dabei wäre es für den Entwickler am angenehmsten, wenn ihm das verwendete Schaltplan- und Platinenentwicklungsprogramm, das die Bauteile plaziert und das Layout entflechtet, auch bezüglich der EMV-Problematik störsichere Platinen liefern würde. Das wichtigste Konstruktionselement der Leiterplatte ist die Leiterbahn. Sie verbindet die Signalquelle mit der Signalsenke. Ihre Ausführung hat entscheidenden Einfluß auf die EMV-Eigenschaften der Schaltung. Ihr Zweck soll die ungeschwächte und unverzerrte Übertragung des Signals vom Sender zum Empfänger sein. Dieses Ziel erreicht man nur annähernd.
Folgende Berechnungsarten wurden bei der Entwicklung des EMV-Werkzeuges berücksichtigt und sollen die schädlichen Einflußgrößen bei Leiterbahnen erkennen:
- Berechnung der galvanischen Kopplung:
Galvanische Kopplungen treten dort auf, wo Stromkreise (Quelle) dieselbe Rückleitung benutzen. Dieses ist besonders bei Masseleitungen und Versorgungsleitungen der Fall.
- Berechnung der induktiven Kopplung:
Die Ursache der induktiven Störkopplung ist die Änderung des magnetischen Flusses, die der Stromkreis der Störquelle in der Fläche des Stromkreises der Störsenke erzeugt. Somit sind die Signale interessant, auf denen große Stromänderungen innerhalb kurzer Zeiten auftreten, bzw. Ströme mit hohen Frequenzen fließen.
- Berechnung der kapazitiven Kopplung:
Die kapazitive Kopplung tritt zwischen zwei Stromkreisen auf, deren Signale unterschiedliche Potentiale besitzen. Hohe Frequenzen bzw. geringe Anstiegszeiten wirken sich aus.
- Berechnung des Koppelfaktors:
Mit dem Koppelfaktor werden induktive und kapazitive Kopplungen gemeinsam bewertet.
- Berechnung der Strahlungskopplung:
In schnell taktenden Halbleiter- Schaltungen sind praktisch ausschließlich Signalstromschleifen für die Strahlungskopplung verantwortlich. Durch die relativ hohen Stromsprünge werden in den Leitern dynamische Magnetfelder erzeugt. Die einzelnen Stromschleifen wirken dabei als Antennen mit der Charakteristik eines magnetischen Dipols. Der Betrag der resultierenden magnetischen und elektrischen Störfeldstärke ist Abhängig von der Anstiegszeit, der Taktfrequenz, dem Schleifenstrom und der zugehörenden Schleifenfläche.
- Berechnung der maximalen Leiterbahnlänge:
Die Leiterbahnlänge eines Signals darf nicht beliebig lang sein. Die Signalfrequenzen bzw. Anstiegszeiten erlauben eine maximal zulässige Länge. Wird diese überschritten kommt es zu Störungen, z. B. Reflexionen, und das ursprüngliche Signal könnte verändert werden. Fehler des Systems wären die Folge.
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9 EMV-Analyse
9.1 Einleitung
9.2 Bedienung des EMV-Analyse-Tools
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10 Schnittstellen
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