Vorhersage von EMV Emissionen elektronischer Systeme - Projekt Noiseless

Die EMV-Zertifizierung elektronischer Geräte erfordert eine Messung der abgestrahlten elektromagnetischen Felder im Fernfeld, üblicherweise in einem spezialisierten Prüflabor. Dafür werden i. A. relativ spät im Entwicklungsprozess Messungen an Prototypen durchgeführt, so dass Probleme zu Verzögerungen in der Entwicklung führen können.
Seit einiger Zeit verfügbare Geräte zur automatisierten Messungen der EM-Nahfelder in der unmittelbaren Umgebung des Prüflings ermöglichen das Auffinden von Bereichen mit erhöhter Feldstärke-Intensität sowie deren Frequenzspektrum in einer Schaltung und erlauben damit Rückschlüsse auf mögliche EMV-Probleme. Durch die geringe Dauer und den geringeren Messaufwand werden entwicklungsbegleitende Messungen ermöglicht, die zu einer deutlichen Reduzierung der Entwicklungskosten führen. Eine direkte EMV-Bewertung auf Basis der Nahfeld-Messwerte ist nicht möglich, da noch keine entsprechenden Standards existieren.

Im Forschungsprojekt 'Noiseless' (www.cornet-noiseless.org) wird dieser Ansatz aufgegriffen und mit weiteren Techniken zur Charakterisierung und Vorhersage der EMV-Emissionen von Leiterplatten kombiniert. Durch die Verwendung eines modularen Ansatzes soll die Abstrahlung einer Baugruppe, basierend auf Emissionsdaten von Teilen der Baugruppe abgeschätzt werden. Die Messdaten können dabei sowohl aus Nahfeld-Messungen, aus EM-Feldsimulationen als auch aus analytischen Modellen stammen.

Zur analytischen Modellierung der Emission von Strukturen auf Leiterplatten wurden EM-Feldsimulationen durchgeführt und die Fernfeld-Verteilungen approximiert. Dabei werden Interconnect-Strukturen in Leiterplatten, wie Leitungen, Drahtbonds und Spannungsversorgungslagen, sowie ausgewählte Komponenten, wie z.B Kühlkörper, untersucht. Für die Nahfeld-Messungen werden Modellierungsverfahren basierend auf dem Huygens-Box Prinzip verwendet. Darüber hinaus werden die Emissionen von Kabeln, die an eine Leiterplatte angeschlossen sind, sowie ICs, betrachtet. Zur Bestimmung der Fernfeld- aus den Nahfeld-Daten werden Transformations-Algorithmen untersucht. Zur Abschätzung der Gesamt-Emission werden Summationsverfahren zur Überlagerung der Teil-Emissionen im Fernfeld angewendet. Zur Validierung werden die erarbeiteten Verfahren auf ausgewählte industrielle Testfälle angewendet und mit Nah- und Fernfeldmessungen verglichen.

Die Ergebnisse werden in eine Software implementiert, die eine abschätzende Bewertung von PCB-Layouts anhand von Emissionsdaten der wichtigsten Komponenten und Emissionsmodellen der Interconnect-Strukturen erlaubt.