HF-Einstrahltest

So ermitteln Sie die Störfestigkeit von LIN-ICs

04.02.2009 | Autor / Redakteur: Martin Puttke* / Hendrik Härter

LIN-Schaltkreise in einem Kfz müssen vor HF-Strahlung besonders geschützt werden
LIN-Schaltkreise in einem Kfz müssen vor HF-Strahlung besonders geschützt werden

Wird der Strom- und Spannungsverlauf eines ICs beim HF-Einstrahltest exakt ausgewertet, lassen sich die Ursachen möglicher IC-Fehlfunktionen sicher bestimmen. Am Beispiel eines LIN-ICs zeigen wir Ihnen, wie Sie die HF-Störfestigkeit ermitteln und EMV-Störgrößen minimieren.

Im Fahrzeugbau vernetzen LIN-Bus-Systeme die einzelnen Fahrzeugkomponenten. Zentrale Kommunikationspunkte der Systeme sind integrierte LIN-Schaltkreise (LIN-IC). Wird der LIN-IC aufgrund von HF-Einstrahlung in seiner Funktion beeinflusst, kann das zu Störungen von Funktionen einzelner Gruppen der Fahrzeugkomponenten führen. Eine hohe HF-Einstrahlfestigkeit des LIN-IC ist für die Funktionssicherheit im Fahrzeug von zentraler Bedeutung. Genaue Kenntnisse über die Eigenschaften des IC unter HF-Einstrahlung sind aus zweierlei Gesichtspunkten wertvoll.

Die Entwickler des Bausteins können direkt Einfluss auf die Verbesserung der HF-Störfestigkeit nehmen. Und während der Baustein entwickelt wird, sind detaillierte EMV-Eigenschaften der LIN-Baugruppen für die Planung einer optimalen EMV-Umgebung wichtig. Sämtliche EMV-Eigenschaften der ICs werden von den Entwicklern neuer Produkte gefordert. Nur so sind die anscheinenden gegensätzlichen Forderungen von schnelleren Entwicklungszyklen, sinkenden Entwicklungskosten gepaart mit hoher Produktzuverlässigkeit und Funktionalität lösbar.

Aussagen über Fehlfunktionen im IC genauer eingrenzen

Mit der Direct RF-Power Injection (DPI, Norm IEC 62132-4) lässt sich die HF-Störfestigkeit von ICs ermitteln. In das IC-Pin wird eine HF-Leistung direkt eingekoppelt und die maximal verträgliche Leistung ermittelt. Neben dem Erfassen der Fehlerursache wird parallel zur HF-Leistungsmessung zusätzlich Strom- und Spannung gemessen. Die Zeitverläufe der HF-Ströme und -spannungen treffen Aussagen über Mechanismen, wie beispielsweise eine Fehlfunktionen im IC entsteht. Mit dieser zusätzlichen Messmethode lassen sich Fehlerursachen genauer als bisher eingrenzen. Damit ist es möglich, das IC-Design gezielt robuster gegen EMV-Störgrößen zu gestalten.

Bild 1: Der Strom- und Spannungsverlauf am LIN beim Öffnen und Schließen der Schutzdiode
Bild 1: Der Strom- und Spannungsverlauf am LIN beim Öffnen und Schließen der Schutzdiode

Ein typisches Beispiel ist die Kontrolle der Arbeit der Schutzdioden am LIN-FET während des Störeinspeisung. Im Fehlerfall wird anhand der ausgelösten Stromspitze bzw. des Spannungsplateau der Diode die Diagnose vorgenommen. Im Bild 1 sind Strom- und Spannungsverlauf bei diesem Vorgang aufgezeichnet.

Bild 2: Kennlinie des Stromwandlers der Probe P503 bis 50 MHz
Bild 2: Kennlinie des Stromwandlers der Probe P503 bis 50 MHz

Im Fall von Schutzdioden spielen sich die interessanten Vorgänge beim Öffnen der Dioden im unteren Frequenzbereich kleiner als 100 MHz ab (Bild 2). Daher werden die Strom- und Spannungsverläufe in diesem Bereich hinreichend genau beobachtet. Die messtechnische Herausforderung liegt in der richtigen Wahl des Stromwandlers mit einer entsprechenden Bandbreite.

Falsche Messergebnisse vermeiden

Bild 3: Mit der Probe P503 wird mit einer ohmschen-kapazitiven Last bei injizierter Rechteckspannung gemessen
Bild 3: Mit der Probe P503 wird mit einer ohmschen-kapazitiven Last bei injizierter Rechteckspannung gemessen

Im Allgemeinen besitzen die Stromwandler eine endliche Bandbreite für exaktes Messen am IC. Im unteren Frequenzband um 20 MHz werden die Messdaten meist gedämpft übertragen und das relevante Stromsignal wird dadurch stark verzerrt. Bei einer komplexen Messanordnung können nicht LINeare Effekte des ICs die Messergebnisse des Strom- und des Spannungswandlers verfälschen. Die Übertragung ist dann nicht nur von der Frequenz abhängig, sondern auch von Strom und Spannung selbst. Die Messanordnung stellt sich als fehlangepasstes Netzwerk dar und kann wegen des ICs nicht als 50-Ω-angepasstes System betrachtet werden. (Bild 3)

Um dennoch verwertbare Daten zu erhalten, muss der tatsächliche Stromverlauf am IC-Pin rekonstruiert werden. Dazu müssen die gemessenen Kurven vom Oszilloskop in den Computer übertragen und anschließend mit der diskreten Fourier-Transformation in die Frequenzanteile zerlegt werden. Mit Ersatzschaltbildern für die Messanordnung werden anschließend die Frequenzanteile am IC aus der gemessenen Frequenz bestimmt. Nach der Rücktransformation in ein Zeitsignal liegt das rekonstruierte Signal am IC-Pin vor.

*Martin Puttke ist für die Prozessoptimierung bei Langer EMV in Bannewitz verantwortlich.

 

Gezielte Ursachenforschung spart Entwicklungszeit

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