EMI-Fehlersuche mit der schnellen FFT der R&S®MXO Oszilloskope

Ihre Anforderung

Die EMI/EMV-Vorschriften dienen der Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs elektrischer und elektronischer Geräte sowie der Sicherheit der Benutzer. Die Entwickler solcher Geräte müssen unter hohem Zeitaufwand sicherstellen, dass ihre Produkte die Grenzwerte einhalten.

Während der Design- und Prototyping-Phase ist es üblich, Fehlersuchmessungen durchzuführen, mit denen potentielle EMI/EMV-Probleme identifiziert und behoben werden können, noch bevor das Produkt der Konformitätsprüfung unterzogen wird. Durch diesen proaktiven Ansatz wird das Risiko des Nichtbestehens erheblich reduziert. Das Ziel ist eine effiziente Lokalisierung von Emissionsquellen, die Folgen für das Ergebnis der Konformitätstests haben könnten. Dazu werden verschiedene Testwerkzeuge und Fehlersuchmethoden genutzt. Als Universallösung für einen effizienten Fehlersuchprozess bieten sich Oszilloskope mit zeitkorrelierten HF-Messfunktionen wie die R&S®MXO Oszilloskope an.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die R&S®MXO Oszilloskope bieten eine synchronisierte Anzeige von analogen Signaleigenschaften, digitalem Timing, Bus-Transaktionen und dem Frequenzspektrum. Ermöglicht wird dies durch neue ASICs, welche die HF-Messungen in Hardware verarbeiten und so die bisherigen Einschränkungen aufgrund einer langsamen FFT-Berechnung überwinden. Darüber hinaus bietet die Benutzeroberfläche die aus der Spektrumanalyse vertrauten Bedienelemente (Mittenfrequenz, Darstellbreite und Auflösebandbreite).

• Unabhängige Optimierung der Darstellungen im Zeit- und Frequenzbereich
• Hohe Aktualisierungsrate der Spektrumanzeige
• Signale können sowohl in einer Signalform- als auch in einer Spektrumansicht dargestellt werden – ohne Aufteilung des Signalpfads
• Einfache und genaue Korrelation von Zeit- und Frequenzereignissen mit HF- und Zeit-Triggerfunktionen
• Peak-Liste und Log-Log-Skalen für einfache EMI-Vergleiche

Herausragende HF-Performance: hohe Messdynamik und Empfindlichkeit

Für die EMI-Fehlersuche bieten die R&S®MXO Oszilloskope eine hohe Dynamik und eine Eingangsempfindlichkeit von 500 μV/Div bei voller Messbandbreite, sodass selbst schwache Störaussendungen erfasst werden. Der 12-bit-ADC und der 18-bit-HD-Modus verbessern die vertikale Präzision. Die hardwarebeschleunigte FFT sorgt für eine schnelle und leistungsfähige Analyse im Frequenzbereich dank hoher Erfassungsrate und praktischen Funktionen wie der Farbcodierung der Spektrumanzeige nach der Häufigkeit des Auftretens.

Zusätzliche Funktion für die EMI-Fehlersuche

• Ultraschnelle FFT-Analyse: Eine Aktualisierungsrate von > 45 000 FFT/s hilft bei der Erfassung unerwünschter und schwer detektierbarer Spektralereignisse
• Logarithmische Anzeige und dBμV-Skalen: Einfacher Vergleich mit EMV-Testlabor-Ergebnissen und Überprüfung mit Grenzwertlinien basierend auf CISPR-Standards
• Schnelle Ergebnisse mit automatischer Peak-List-Messung: Automatische Messung von Frequenzspitzen, die in der FFT markiert und in einer Tabelle aufgelistet werden
• Max./Min.-Hold- und Durchschnittskurve: Statistische Kurven zeichnen den Maximal-, Minimal- und Durchschnittswert der Spektralenergie auf

Zeitbeschränkte FFT-Funktion: Korrelation zwischen Frequenz und Zeit

Mit der zeitbeschränkten FFT-Funktion des Oszilloskops ist die FFT-Analyse in einem benutzerdefinierten Bereich des erfassten Zeitsignals möglich. Verschieben Sie dieses Zeitfenster über das Akquisitionsintervall, um zu ermitteln, welche Segmente des Zeitsignals mit welchen Ereignissen im Spektrum korrelieren. So lassen sich beispielsweise unerwünschte Emissionen von Schaltnetzteilen dem Überschwingen beim Schalten des Schalttransistors zuordnen.

Sondensatz für E- und H-Nahfeld-Messungen

Für leitungsgebundene Emissionen umfassen Netznachbildungen (LISN) typischerweise einen Ausgang für Rauschmessungen. Darin ist jedoch das gesamte Leitungsrauschen im Prüfling (DUT) enthalten. Um die Emissionsquellen innerhalb des Prüflings zu lokalisieren, eignen sich Nahfeldsonden, die magnetische und elektrische Felder in unmittelbarer Nähe erfassen können.

Die R&S®HZ-15 Nahfeldsonden bieten einen Frequenzbereich von 30 MHz bis 3 GHz. Der R&S®HZ-16 Verstärker erweitert den Frequenzbereich nach unten bis 9 kHz. Der Nahfeldsondensatz umfasst verschiedene elektrisch abgeschirmte Prüfspitzen mit speziellen Formen, die für unterschiedliche Messungen bestimmt sind.

Warum sind schnelle FFTs wichtig?

Zwar unterstützen alle modernen Oszilloskopen die schnelle Fourier-Transformation (FFT), um Spektraldaten über die Signalform zu gewinnen. Der hierfür erforderliche Rechenaufwand erzwingt jedoch häufig eine niedrigere Erfassungsrate. Die meisten Oszilloskope erreichen nicht mehr als 1 FFT/s bis 100 FFT/s. Diese mäßige Performance führt zu einer längeren Blindzeit des Geräts, sodass zwischen den Erfassungen wichtige Spektralereignisse entgehen können. Bei der Lokalisierung spektraler Aussendungen mittels Nahfeldsonden kann dies für Frustration sorgen, da der Benutzer die Sonden mehrere Sekunden lang halten muss, um mögliches Rauschen zu detektieren.
Die R&S®MXO Oszilloskope sind mit leistungsstarken ASICs ausgerüstet, die die FFT-Verarbeitung in Hardware unterstützen. Durch die extrem schnelle Berechnung werden 45 000 FFT/s möglich. Die Blindzeit wird minimiert und die hohe Erfassungsrate sorgt beim Aufspüren von Emissionen mit Nahfeldsonden für eine hohe Reaktionsfähigkeit. Benutzer können den Prüfling mit der Sonde abtasten, um zu bestimmen, wo und wann das Rauschen ein Problem darstellen könnte.

Wie anfangen?

Um den Ursprung eines EMI-Problems ausfindig zu machen, bestimmen Sie die Energiequelle und finden heraus, wie diese Energie abgestrahlt wird. Zu den häufigsten Ursachen von EMI-Problemen gehören:

• LCD-Emissionen
• Erdungsimpedanz
• Parasitäre Effekte von Komponenten
• Schlechte Kabelschirmung
• Netzteilfilter
• Schaltnetzteile (DC/DC-Wandler)
• Interne Kopplungsprobleme
• Mangelhafte Signalrückführung
• Elektrostatische Entladung in metallisierten Gehäusen

Lokalisieren Sie zunächst die Quelle der Energie mit Hilfe einer H-Nahfeldsonde. Richten Sie die Sonde aus, um die Richtung des magnetischen Flusses durch die Ebene der Schleife zu bestimmen. Wenn Sie die H-Nahfeldsonde um den Leiter bewegen, können Sie die Energiequelle lokalisieren. Verwenden Sie dann eine feinere Sonde, um die Suche auf einen kleineren Bereich zu konzentrieren.
Die Untersuchung des Zusammenhangs von EMI-Problemen mit elektrischen Ereignissen ist wohl der zeitaufwändigste Prozess bei der EMI-Diagnose. Die schnelle FFT des R&S®MXO erleichtert die Korrelation der spektralen und zeitlichen Ereignisse. Die Oszilloskope der R&S®MXO 5 Serie unterstützen mehrere FFTs mit separaten HF-Einstellungen, was eine weiterführende Fehlersuche durch den Vergleich von Spektralereignissen an verschiedenen Prüflingspositionen ermöglicht.

Zusammenfassung

Elektromagnetische Störungen können schwer zu erfassen sein, und eine Verletzung der EMV-Normen kann die Produktentwicklung ausbremsen. Das EMI-Debugging bereits zu Beginn der Entwicklung kann dazu beitragen, Probleme frühzeitig zu erkennen und die Schaltungs-Performance zu verbessern.

Die R&S®MXO Oszilloskope sind wertvolle Werkzeuge für Entwickler zur EMI-Fehlersuche an Elektronikschaltungen und zeichnen sich durch leistungsstarke FFT-Signalverarbeitung, hohe Eingangsempfindlichkeit und umfangreiche Erfassungs- und Analysefunktionen aus. Die hardwarebeschleunigten FFTs und die farbcodierte Spektrumanzeige der Oszilloskope bieten einen Überblick über die Häufigkeit des Auftretens von Spektralkomponenten in den erfassten Signalen und ermöglichen so eine schnelle Identifizierung von EMI-Quellen. Da sich die FFT-Funktion auf ähnliche Weise wie bei Spektrumanalysatoren steuern lässt, können Benutzer problemlos im Frequenzbereich navigieren, ohne sich um die Zeitbereichseinstellungen kümmern zu müssen.