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EMV und Zertifizierung von Elektronik – alles läuft über eine Software

| Autor / Redakteur: Reiner Götz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

EMV-Tests sind unverzichtbar bei der Entwicklung und unbedingte Voraussetzung für eine Zertifizierung. Mithilfe einer speziellen Software lassen sich aufwendige Prozesse vereinfachen. Außerdem lassen sich EMI-Zertifizierungen automatisieren und steuern. Module für EMS-Messungen runden die Softwareplattform ab.

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EMV-Tests von Elektronik gehört nicht nur zur Entwicklung, sondern ist Voraussetzung für die Zertifizierung elektronischer Komponenten und Produkte.
EMV-Tests von Elektronik gehört nicht nur zur Entwicklung, sondern ist Voraussetzung für die Zertifizierung elektronischer Komponenten und Produkte.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Kein elektronisches Gerät darf auf den Markt gelangen, ohne vorher zahlreiche Tests zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) durchlaufen zu haben. Durch eine Zertifizierung stellt der Gesetzgeber sicher, dass sich eventuelle Störemissionen (EMI) innerhalb klar definierter Grenzwerte bewegen, damit keine ungewollten Interferenzen auftreten. Ob das EMV-Zertifikat rechtzeitig ausgestellt wird, entscheidet also auch über einen reibungslosen und termingerechten Markteintritt. Umso wichtiger ist es für Entwickler, das EMV-Verhalten bereits frühzeitig beurteilen und beeinflussen zu können, und zwar ohne allzu viele kostenintensive Testdurchläufe.

Vor diesem Hintergrund hat Rohde & Schwarz mit R&S ELEKTRA eine Testsoftware für Messempfänger und Spektrum-Analysatoren entwickelt. Auf der Basis einer aktuellen Entwicklungsplattform, leistungsfähiger Grafikbibliotheken und einer integrierten Datenbank stellt die Software eine komplette Bedienoberfläche bereit, um durch alle Arbeitsschritte der EMV-Prüfung zu navigieren. Die Softwareanwendung skaliert auf allen Ausgabegeräten und -auflösungen, unterstützt neben Touchbildschirmen auch einen Split-Screen-Betrieb und erleichtert den Testablauf durch Funktionen wie das automatische Erkennen und Konfigurieren angeschlossener Systemgeräte.

Komplexe Abstrahlmessungen mit GTEM-Zellen

Im Jahr 2017 hat der Hersteller das Basismodul vorgestellt, das inzwischen unter der Typbezeichnung R&S ELEMI-E auf dem Markt ist. Es umfasst neben der Messung von geleiteten Störungen über Netznachbildungen und gestrahlten Störungen von Antennen auch eine Funktion für komplexe Abstrahlmessungen mit GTEM-Zellen. Nach einer konsequenten Weiterentwicklung sind nun auch weitere Module für zusätzliche EMV-Tests verfügbar.

Die zusätzlichen Module mit den Bezeichnungen R&S ELEMI-A und R&S ELEMI-S für EMI-Messungen erweitern das Anwendungsspektrum für die Produktprüfung und Zertifizierung. Die Software steuert die Messung geleiteter und gestrahlter Störungen nach kommerziellen, automobilen und militärischen Standards. Die Bestätigung der Konformität mit den Messabläufen und Messaufbauten der genannten Standards ist durch die zuständigen Behörden vorgeschrieben, um ein Produkt in einem Markt in Verkehr zu bringen.

Bei Tests gemäß den bereits genannten Standards wird der Prüfling reproduzierbar von mehreren Seiten vermessen. Dazu steht er auf einem Drehtisch. Zusätzlich wird die Messantenne sowohl in der Höhe als auch in der Polarisation gedreht. Hierbei müssen zusätzliche Geräte während der Messung gesteuert werden. Bei der Messung können enorme Datenmengen anfallen, die sinnvollerweise automatisch verarbeitet werden.

EMI-Messung von manuell bis vollautomatisch

Der Testplan mit verschiedenen Subtests.
Der Testplan mit verschiedenen Subtests.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Dabei kann der Anwender den Grad der Automatisierung selbst bestimmen. Von der manuellen interaktiven Messung bis hin zum nahezu vollautomatischen Testablauf ist alles konfigurierbar. Die Testsoftware kann die Drehtische und Masten aller gängigen Hersteller fernsteuern und Maxima in EMI-Messungen suchen. Die finale Messung mit exakter Suche nach dem Maxima durch Variation von Frequenz, Mast- und Drehtischeinstellung führt die Software vollautomatisch durch. Der Prüfling steht im Mittelpunkt der Konfiguration, Durchführung und Ergebnisdarstellung. Da üblicherweise mehrere EMV-Tests für ein Gerät notwendig sind, werden diese in einem Testplan vorab konfiguriert und am Ende auch gemeinsam dokumentiert. Diese Funktionen zum Planen von Testszenarien und das automatische Erzeugen von Berichten beschleunigen die Arbeit in den Labors.

Zum Messen der elektromagnetischen Störfestigkeit (EMS) wird der Prüfling einer definierten Störstrahlung ausgesetzt. Es wird geprüft, ob das Gerät auch unter widrigen Umweltbedingungen, wie durch die Nähe zu großen Elektromotoren, Transformatoren oder Funkanlagen, einwandfrei funktioniert. Dabei arbeitet die Testsoftware nach den kommerziellen Standards IEC/EN 61000-4-3 (Prüfung der Störfestigkeit gegen hochfrequente elektromagnetische Felder) und IEC/EN 61000-4-6 (Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen, induziert durch hochfrequente Felder).

Für korrekte Testergebnisse muss die Feldstärke des Störfelds möglichst homogen sein. Jedes Test-Setup wird deshalb einer standardgemäßen aufwendigen Kalibrierung der Feldstärke und Feldhomogenität unterzogen. Der Anwender muss lediglich die Feldsonde positionieren, die Kalibrierung und deren Auswertung laufen dann weitgehend automatisch ab. Nach erfolgreicher Kalibrierung erzeugt der Generator unter allen Bedingungen ein pegelrichtiges Signal, unter Berücksichtigung von Antennencharakteristik, Verstärkerkennlinie, Verlusten auf Leitungen und Hochfrequenzschaltern sowie der Messhallendämpfung.

Videosystem überwacht Messkammer

Während des Tests wird von außerhalb der Kammer geprüft, ob sich das Equipment Under Test (EUT) bestimmungsgemäß verhält. Dazu müssen neben der Überwachung von USB- oder LAN-Schnittstellen häufig auch Statusleuchten, Anzeigen oder Bildschirme mithilfe von Videosystemen in der Messkammer kontrolliert werden. Das übernimmt R&S AdVISE, eine Software für Videoauswertung und -aufzeichnung, die mit ELEKTRA abgestimmt ist und dem Anwender den Aufwand einer pausenlosen visuellen Überwachung erspart.

Umfangreiche Bibliotheken innerhalb der Testsoftware informieren über den erforderlichen Messaufbau und die vom Teststandard abhängigen Komponenten. Messgeräte und Systemkomponenten, die am Computer oder Netzwerk angeschlossen sind, findet die Software selbsttätig. Das reduziert die notwendigen Einstellungen bis zur Lauffähigkeit des Tests auf ein Minimum. Für Vorabprüfungen der Korrektheit aller Einstellungen lässt sich der Ablauf in der Software simulieren, ohne die Messgeräte oder -halle belegen zu müssen.

Die Schaltzentrale für komplexe Messungen. Das Dashboard zeigt die abgelegten Symbole für den Schnellzugriff.
Die Schaltzentrale für komplexe Messungen. Das Dashboard zeigt die abgelegten Symbole für den Schnellzugriff.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Auf dem Dashboard legt der Anwender alle für ein Messvorhaben notwendigen Verknüpfungen ab. Filterfunktionen, zum Beispiel nach Frequenzbereichen, Schlüsselwörtern oder Normen, reduzieren die Anzeige auf das Wesentliche. Wichtige Einstellungen und Parameter eines Tests sind jederzeit einseh- und editierbar. So lassen sich Fehler in der Grenzwertlinie auch in der Testablaufdefinition korrigieren, oder ein nicht verbundener Power Meter wird aus dem Test heraus nachträglich im Hardware-Setup eingebunden.

Die Testkonfiguration ist dank der grafischen Darstellung mit interaktiven Symbolen jederzeit schnell zu ändern.
Die Testkonfiguration ist dank der grafischen Darstellung mit interaktiven Symbolen jederzeit schnell zu ändern.
(Bild: Rohde & Schwarz )

Der Entwickler kann während einer laufenden Messung weiterarbeiten. Die Definition von Tests sowie der Vergleich von Ergebnissen werden ebenfalls unterstützt. Testpläne legen für jeden Prüfling im Voraus fest, welche Tests durchzuführen sind und zeigen den Status der einzelnen Messungen an. So verliert man auch bei aufwendigen Prozeduren nicht den Überblick. Per Mausklick wird ein Gesamtbericht erzeugt, der mit den Strukturierungs- und Formatierungsfunktionen in R&S ELEKTRA optimiert oder auch mit externen Textverarbeitungsprogrammen editiert werden kann.

Bei Umstieg unterstützt ein Wizard

Genauso wie der Vorgänger R&S EMC32 nutzt R&S ELEKTRA außerdem den „Generic Device Driver“, der Hardware von Drittanbietern unterstützt und dessen notwendige Fernsteuerkommandos in einem separaten Dialogfenster konfiguriert werden. Anwender, die von R&S EMC32 auf R&S ELEKTRA umsteigen, werden von einem Migration Wizard unterstützt, der bereits vorhandene Hardware-Setups und Test-Templates importiert. Beide Softwarepakete können dabei auf demselben PC installiert sein – R&S ELEKTRA auch in mehreren Versionen. Bei Bedarf und um situationsgerecht agieren zu können, sind alle Versionen von R&S ELEKTRA abrufbar, beispielsweise wenn die Zertifizierung des Endkunden nur für eine bestimmte Version vorliegt.

Details zur EMV-Testsoftware von Rohde & Schwarz (externer Link)

* Reiner Götze arbeitet als Produktmanager EMC-Software bei Rohde & Schwarz in München.

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