MFA Mikrosonden und LVDS Entstörung

05.12.2016

LVDS-Treiber (und LVDS-Empfänger) können Quellen für eine erhebliche Störaussendung sein. Über eine mangelhafte Schirmung der Kabel und Steckverbinder können die Störungen, die durch die LVDS-Treiber verursacht wurden, nach außen dringen und zur Störaussendung führen. Meist si

LVDS-Treiber (und LVDS-Empfänger) können Quellen für eine erhebliche Störaussendung sein. Über eine mangelhafte Schirmung der Kabel und Steckverbinder können die Störungen, die durch die LVDS-Treiber verursacht wurden, nach außen dringen und zur Störaussendung führen. Meist sind ungewollte Gleichtaktströme der LVDS-Treiber Ursache für die Störaussendung. Die Gleichtaktströme sind stark vom Typ der LVDS-Bausteine abhängig. Die Praxis hat gezeigt, dass auch LVDS-Empfänger in die LVDS-Leitungen erhebliche Gleichtaktströme abgeben können. Die Steckverbinder der Übertragungssysteme können meist den Gleichtaktströmen nicht so gut standhalten wie den Gegentaktströmen. Die Gleichtaktströme koppeln wesentlich stärker aus den symmetrischen Übertragungssystemen aus. Die Gegentaktströme löschen sich aufgrund der Symmetrie der Übertragungssysteme aus und werden dadurch unterdrückt. Wenn in Steckverbindern die symmetrischen Leitungen gegen die Schirmung nicht symmetrisch aufgebaut sind, koppeln zusätzlich Gegentaktströme aus dem Steckverbinder aus. Zur Entstörung kann das Problem der Gleichtaktströme messtechnisch aufgeklärt werden, damit zielführende Gegenmaßnahmen am richtigen Ort eingebaut werden können.

Zur Aufklärung sind hochauflösende Messungen an den LVDS-Pins der Treiber und Empfänger durchzuführen. Die entsprechende Auflösung wird mit der Nahfeldsonde MFAR0,2-6 erreicht.

Im Bild 1 ist der Messaufbau dargestellt. Die LVDS-Baugruppen sind über RJ-45 Buchsen und Patchkabel verbunden. Mit der Nahfeldsonde MFAR0,2-6 werden Messungen an den Pins nach Bild 2 und 3 ausgeführt.

Wenn das LVDS-Pärchen Gegentaktstrom trägt, addieren sich die Felder zwischen den Pins (Bild 4). Zwischen den Pins entsteht eine höhere magnetische Feldstärke als außerhalb des Pinpärchens. Wenn die LVDS-Pärchen einen Gleichtaktstrom tragen, löscht sich das Magnetfeld der Gleichtaktströme zwischen den Pins aus (Bild 5). Zwischen den Pins des LVDS-Pärchens ist also minimale Feldstärke zu messen und außerhalb des LVDS-Pinpärchens ist eine höhere Feldstärke zu messen.

Auf Basis dieser Zusammenhänge lassen sich für die Aufklärung zwei relevante Messorte für die Magnetfeldsonde MFAR0,2-6 definieren. Einmal muss die Sonde mit der Spulenfläche zwischen das LVDS-Pinpärchen gelegt werden (Bild 2) und zum anderen muss die Sondenfläche neben das LVDS-Pinpärchen gelegt werden (Bild 3). Die Messergebnisse sind in Bild 6 und Bild 7 zu sehen. Der rote Kurvenverlauf zeigt die Messung zwischen den LVDS-Pinpärchen (Bild 2). Die blaue Kurve zeigt die Messung außerhalb der LVDS-Pinpärchen (Bild 3).

Die Messungen wurden mit der Mess-und Dokumentationssoftware ChipScan-ESA ausgeführt. An den Messergebnissen erkennt man, ob Gegentakt- oder Gleichtaktstrom vorhanden ist.

Das Ausgangspärchen des TTL-LVDS-Treibers (Bild 6) zeigt einen Strom mit überwiegend Gegentaktstromanteil in den Pins. Zwischen den Pins 5 und 6 wird maximales Feld gemessen und neben den Pins wird minimales Feld gemessen (Bild 4). Der geringe Unterschied zwischen den Feldern deutet darauf hin, dass ein zusätzlicher Gleichtakt-Stromanteil vorhanden ist.

Das Eingangspärchen des LVDS- TTL Empfängers (Pin 1 und 2) wird genauso vermessen. Ergebnis ist, dass zwischen den Pins weniger Feld gemessen wird als neben den Pins (Bild 7). Das bedeutet, dass Gleichtaktstrom vom Empfänger erzeugt wird (Bild 5).

Die Gleichtaktströme des LVDS-TTL Treibers und des TTL-LVDS Empfängers werden Störungen über den RJ-45 Steckverbinder auskoppeln und über das Patch-Kabel Störaussendung aussenden. Verhindert wird das mit einer Datenleitungsdrossel in diesem Fall am Ausgang des TTL-LVDS Treibers, den Pins 5 und 6, und am Eingang des LVDS- TTL Empfängers, den Pins 1 und 2.

Es ist im ersten Moment außergewöhnlich, dass der Eingang des LVDS-TTL Empfängers Gleichtaktstrom abgibt. Dieses Verhalten wird im Allgemeinen nicht erwartet. Wenn die Untersuchung der Gleichtaktströme nicht durchgeführt wurde, wird man nicht auf die Idee kommen, eine Datenleitungsdrossel an die Eingangspins zu schalten. Die Abgabe von Gleichtaktstrom aus den LVDS-Eingängen ist vom Typ des LVDS-Bausteins abhängig. Genauso gut kann der LVDS-Treiber einen Gleichtaktstrom abgeben. Das heißt, welcher Strom ob Gleichtaktstrom oder Gegentaktstrom aus den Pinpärchen austritt, ist von der Innenschaltung der Bausteine abhängig und für den IC-Anwender nicht vorherzusehen. Ohne Absicherung durch eine Messung mit der Nahfeldsonde MFA-R 0,2-6 ist es nicht möglich, diesen Zusammenhang aufzuklären und effiziente Entstörmaßnahmen einzubringen.