Störemissionen aufspüren Die EMV-Fehlersuche mit dem Oszilloskop

Autor / Redakteur: Markus Herdin * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Das R&S RTO eignet sich dank seiner Empfindlichkeit dazu, Störemissionen mit Nahfeldsonden zu messen. Wir zeigen Ihnen, welche Funktionen das Oszilloskop bietet, um EMV-Fehler zu finden.

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Digitales Oszilloskop R&S RTO: Seine rauscharme Eingangsstufe und die FFT-Fähigkeit machen das Messgerät zu einem leistungsstarken Werkzeug für die EMV-Fehlersuche
Digitales Oszilloskop R&S RTO: Seine rauscharme Eingangsstufe und die FFT-Fähigkeit machen das Messgerät zu einem leistungsstarken Werkzeug für die EMV-Fehlersuche
(Rohde & Schwarz)

In der Vergangenheit waren Oszilloskope kaum für die EMV-Fehlersuche geeignet. Ihre Empfindlichkeit reichte nicht aus, um Störemissionen gut zu erfassen, und die FFT-Funktionen zur Spektrumanalyse waren nicht leistungsfähig genug und zudem kompliziert zu bedienen. Mit der Einführung des digitalen Oszilloskops R&S RTO von Rohde & Schwarz hat sich das geändert.

Mit einer Empfindlichkeit von 1 mV/Div, einer Bandbreite von bis zu 4 GHz und sehr geringem Eingangsrauschen eignet sich das Oszilloskop ideal dazu, Störemissionen mittels Nahfeldsonden zu erfassen und zu analysieren. Basierend auf Ergebnissen von EMV-Konformitätsprüfungen können mit dem Oszilloskop im Entwicklungslabor unerwünschte Aussendungen von elektronischen Designs analysiert und deren Ursachen ermittelt werden. Welche Oszilloskopfunktionen entscheidend für die erfolgreiche Anwendung in der EMV-Fehlersuche sind, zeigt der folgende Beitrag anhand einiger Anwendungsbeispiele auf.

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FFT-Analyse mit Bedienkonzept eines Spektrumanalysators

Das Schlüsselelement bei der EMV-Fehlersuche mit Oszilloskopen ist die Fast-Fourier-Transformation- (FFT-)Funktion. Herkömmliche FTT-Implementierungen in Oszilloskopen sind unflexibel in der Bedienung, da das angezeigte Frequenzband und die Auflösebandbreite durch die Zeitbereichseinstellungen festgelegt sind. Damit ist die Navigation im Frequenzbereich schwierig und die Analyse von Signalen im Spektralbereich zeitaufwendig.

Aufgrund der Erfahrungen im Bereich Spektrumanalyse hat sich Rohde & Schwarz beim R&S RTO für einen intuitiven Ansatz entschieden: Die Bedienung der FFT-Funktion basiert auf einem Spektrumanalysator, wonach der Nutzer typische Parameter wie Start- und Stoppfrequenz, Auflösebandbreite und Detektortyp direkt einstellen kann. Der R&S RTO nimmt die notwendigen Zeitbereichseinstellungen automatisch vor und nutzt dazu auf intelligente Weise seine leistungsfähige Signalverarbeitung und den tiefen Akquisitionsspeicher. Dadurch können Anwender Zeit- und Frequenzparameter in gewissen Grenzen unabhängig voneinander einstellen und Störemissionen auf einfache Art und Weise im Zeit- und Frequenzbereich analysieren. Rückschlüsse auf die Ursachen unerwünschter Emissionen ziehen die Anwender somit deutlich schneller.

Farbkodierte Spektrumsdarstellung macht sporadische Emissionen sichtbar

Eine Besonderheit der FFT-Implementierung des R&S RTO ist die überlappende FFT, welche eine hohe Empfindlichkeit bei der Erfassung von Störemissionen ermöglicht. Außerdem erlaubt die FFT, den zeitlichen Verlauf von spektralen Emissionen sichtbar zu machen. Vor der FFT-Verarbeitung teilt das Oszilloskop in einem ersten Schritt das erfasste Signal in viele Segmente und berechnet für jedes Segment des Zeitsignals ein eigenes Spektrum.

Sporadisch auftretende Signale mit niedriger Energie werden damit in einzelnen Spektren sichtbar. Im nächsten Schritt werden die einzelnen Spektren abhängig von deren Häufigkeit farbkodiert in ein Gesamtspektrum zusammengefasst. Konstant vorhandene Aussendungen beispielsweise von Taktleitungen erscheinen somit in einer anderen Farbe als seltene Ereignisse wie Spannungsspitzen eines Schaltnetzteils. Das farbkodierte Gesamtspektrum gibt damit einen sehr guten Überblick über die Art und die Häufigkeit der vorhandenen Störemissionen.

Durch die zeitbeschränkte, oder auch Gated FFT-Funktion können Anwender die FFT-Funktion auf ein benutzerspezifisches Interval im aufgenommenen Zeitsignal einschränken. Dieses Zeitfenster (Gate) können sie über das gesamte Akquisitionsinterval verschieben und dadurch feststellen, welche Abschnitte des Zeitsignals zu welchen Ergebnissen im Spektrum führen. Dadurch sind sie beispielsweise in der Lage, unerwünschte Emissionen von Schaltnetzteilen dem Überschwingen beim Schalten des Schalttransistors zuzuordnen.

Auch kurzzeitige Emissionen von schnellen Datenbussen, welche aufgrund ungünstiger Leitungsführung zu Störemissionen führen, können über die zeitbeschränkte FFT-Funktion eindeutig mit den entsprechenden Signalsequenzen in Zusammenhang gebracht werden. Ist das Problem einmal identifiziert, können Anwender mit dem Oszilloskop einfach und schnell überprüfen, wie wirksam ihre Lösungsansätze wie Blockkondensatoren, zusätzliche Schirmmaßnahmen oder veränderte Leitungsführung bei Bussignalen sind.

Sporadisch auftretende Emissionen gehören zu den herausforderndsten EMV-Problemen. Einerseits ist es sehr schwierig, diese Störemissionen zu erfassen, andererseits bieten die üblichen Messmittel nur beschränkte Möglichkeiten, die einmal erfassten Signale zu analysieren. Die Maskenfunktion des R&S RTO bietet eine komfortable Lösung für dieses Problem. Anwender können mit ihr einfach und flexibel Frequenzmasken definieren und über die Stop-On-Violation Funktion genau das Signal festhalten, welches die Frequenzmasken verletzt hat.

Die Möglichkeit, FFT-Parameter wie den betrachteten Frequenzbereich und die Auflösebandbreite auch bei bereits erfassten Signalen zu verändern, macht diese Funktion besonders leistungsfähig. Auch schwierig zu erfassende Störemissionen lassen sich somit detailliert untersuchen. Die History-Funktion unterstützt Anwender ebenfalls bei der Analyse von Störemissionen. Durch diese Funktion werden die letzten Akquisitionen automatisch bis zur maximalen Tiefe des Akquisitionsspeichers abgespeichert. Dadurch können Anwender aktuelle und vorhergehende Akquisitionen miteinander vergleichen und ohne Einschränkungen analysieren.

Oszilloskope – nützliche Werkzeuge für die EMV-Fehlersuche

Digitale Oszilloskope sind ein wichtiges Werkzeug am Arbeitsplatz des Entwicklers für die Analyse elektronischer Schaltungen. Mit der Verfügbarkeit einer leistungsfähiger FFT-Signalverarbeitung und einer hohen Empfindlichkeit der Eingangsstufe haben sich Oszilloskope auch zu einem wertvollen Hilfsmittel für die EMV-Fehlersuche entwickelt. Mit umfangreichen Akquisitions- und Analysemöglichkeiten hat das digitale Oszilloskop R&S RTO von Rohde & Schwarz einen neuen Maßstab gesetzt.

Mit der Zeit-Überlappung der FFT-Funktion und einer häufigkeitsgesteuerten Farbkodierung bei der Spektralanzeige erhalten Anwender einen Überblick über die Häufigkeit spektraler Komponenten der erfassten Signale und können schnell Rückschlüsse auf die Quelle von Störemissionen ziehen. Ein Spektrumanalysator-Bedienkonzept ermöglicht es, einfach im Frequenzbereich zu navigieren ohne die eingestellten Zeitparameter beachten zu müssen. Umfangreiches Zubehör wie beispielsweise der kompakte und breitbandige Nahfeldsondensatz R&S HZ-15 komplettiert das Produktportfolio für die EMV-Fehlersuche.

* Dr. Markus Herdin ist Senior Marketing Experte für Oszilloskope bei Rohde & Schwarz in München.

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