Praxistipp EMV

Mit Nahfeldsonden eine LVDS-Verbindung entstören

| Redakteur: Hendrik Härter

Bild 1: Um LVDS-Verbindungen zu entstören, wir im Messaufbau die LVDS-Baugruppe über RJ-45-Buchsen und Patchkabel verbunden. Mit einer Nahfeldsonde werden die einzelnen Pins überprüft.
Bild 1: Um LVDS-Verbindungen zu entstören, wir im Messaufbau die LVDS-Baugruppe über RJ-45-Buchsen und Patchkabel verbunden. Mit einer Nahfeldsonde werden die einzelnen Pins überprüft. (Bild: Langer EMV)

Die Treiber und Empfänger der Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle LVDS können Störungen aussenden. Mit einer Nahfeldsonde kann der Testingenieur die Schnittstellen untersuchen und Gegenmaßnahmen einleiten.

Treiber und Empfänger für Low Voltage Differential Signaling oder kurz LVDS 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.

Hochauflösende Messungen an den LVDS-Pins

Zur Entstörung kann das Problem der Gleichtaktströme messtechnisch aufgeklärt werden, damit zielführende Gegenmaßnahmen am richtigen Ort eingebaut werden können. Dazu sind hochauflösende Messungen an den LVDS-Pins der Treiber und Empfänger notwendig. Eine entsprechende Auflösung erreicht man mit der Nahfeldsonde MFA-R 0.2-6 von Langer EMV. Im Bild 1 ist der Messaufbau dargestellt. Die LVDS-Baugruppen sind über RJ-45 Buchsen und Patchkabel verbunden. Gemessen wird an den Pins, wie es in den Bildern 2 und 3 gezeigt wird. Zwischen dem LVDS-Empfängerpärchen-Pins 1 und 2 sowie außerhalb des LVDS-Empfängerpärchens an den Pins 1 und 2 sowie Pin 3 NC.

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. Tragen die LVDS-Pärchen einen Gleichtaktstrom, 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 MFA-R 0,2-6 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).

Gegentakt- oder Gleichtaktstrom?

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). Der Gleichtaktstrom wird vom Empfänger erzeugt (Bild 5). Die Gleichtaktströme des LVDS-TTL-Treibers und des TTL-LVDS-Empfängers koppeln Störungen über den RJ-45-Steckverbinder aus. Dabei wird über das Patch-Kabel eine Störaussendung ausgesendet. Hindern lässt sich das mit einer Datenleitungsdrossel, die in am Ausgang des TTL-LVDS-Treibers (Pin 5 und 6) und am Eingang des LVDS- TTL-Empfängers (Pin 1 und 2) angebracht wird.

Nahfeldsonde als Grundlage für eine Entstörung

Es ist im ersten Moment außergewöhnlich, dass der Eingang des LVDS-TTL-Empfängers einen Gleichtaktstrom abgibt. Solch ein Verhalten wird nicht erwartet. Wenn man die Gleichtaktströme nicht untersucht könnte man 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.

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