DE102005023234B4

DE102005023234B4 - Vorrichtungen und Verfahren zur Reduzierung der Strahlungsemission elektronischer Baugruppen

Info

Publication number: DE102005023234B4
Application number: DE102005023234.5A
Authority: DE
Inventors: Chingchi Chen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: JP4958410B2; GB2415343B; CN1707979A; DE102005023234A1; US7145783B2; GB2415343A; CN1707979B; GB0510024D0; JP2005354693A; US20050270115A1

Abstract

Elektronikmodulanordnung (10, 70) mit reduzierter Emission von EMI-Rauschen von einem Elektronikmodulbauteil (12), welches EMI-Rauschen emittiert, wobei die Elektronikmodulanordnung (10) aufweist: einen ersten elektrischen Referenzbereich (16, 76), welcher in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht, wobei der erste elektrische Referenzbereich (16, 76) durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; einen zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78), welcher durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; ein Impedanzbauteil (22), welches mit dem ersten Referenzbereich (16, 76) und dem zweiten Referenzbereich (20, 78) in Reihe geschaltet ist, so dass das Impedanzbauteil (22) das erste elektromagnetische Rauschsignal so dämpft, dass die Größe des zweiten elektromagnetischen Rauschsignals kleiner als die Größe des ersten elektromagnetischen Rauschsignals ist, und ein Tiefpassfilterbauteil (24), welches in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht und auf den zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78) referenziert ist, wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) elektromagnetisches Rauschen in den zu dem Elektronikmodulbauteil (12) führenden Eingangssignalen und/oder den von dem Elektronikmodulbauteil (12) ausgehenden Ausgangssignalen dämpft, und wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Parallelkapazität mit einem ersten Anschluss in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Referenzbereich (20, 78) und einen zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung mit einer Signalleitung (26) für Eingangssignale oder Ausgangssignale des Elektronikmodulbauteils (12) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen sowie ein Verfahren zum Reduzieren von elektromagnetischem Rauschen an den Eingängen und den Ausgängen eines elektronischen Bauteils. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen und ein Verfahren zum Reduzieren von elektromagnetischem Rauschen am Eingang und am Ausgang eines elektronischen Bauteils, das in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Die Einbeziehung elektronischer Bauteile in Kraftfahrzeuge folgt der Entwicklung und Verbesserung solcher Vorrichtungen. Seit der Entwicklung der ersten Kraftfahrzeuge gibt es einen fortwährenden Trend, mechanische Bauelemente durch auf komplexere Weise arbeitende elektronische Bauelemente zu ersetzen. Derartige Vorrichtungen umfassen zum Beispiel Bremssysteme, Mikroprozessoren zur Motorsteuerung o. dgl. Zudem sind neue Technologien in Kraftfahrzeugen integriert worden, sobald diese verfügbar waren. Beispiele derartiger Technologien umfassen Unterhaltungssysteme (Radio, CD-Player), Kommunikationssysteme (Mobiltelefone), Navigationssysteme, Regelsysteme für Umgebungsbedingungen o. dgl.
Elektronische Bauteile stellen mögliche Quellen für Rauschen dar, wenn bordeigene Vorrichtungen Hochfrequenz-Schaltvorgänge durchführen. In ähnlicher Weise übertragen nahe gelegene Quellen Rauschen an die elektronischen Bauteile über Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse, was zu einer Störung des Bauteils führen kann. Darüber hinaus kann ein Teil der unerwünschten Energie an andere Anschlüsse der elektronischen Bauteile umverteilt werden. Insbesondere Elektro-Hybrid-Fahrzeuge (HEV's = ”hybrid electric vehicles”) und Elektrofahrzeuge weisen eine Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen und Bauteilen auf. Derartige Bauteile weisen sowohl komplexe, auf integrierten Schaltkreisen basierende Einrichtungen als auch ein relativ großes, auf passiven Komponenten basierendes System auf. Zusätzlich zu den Bauteilen, welche in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu finden sind, weisen HEV's typischerweise eine Hochspannungsbatterie auf, welche verwendet wird, um eine Motor/Generator-Anordnung zu betreiben, die Drehmoment an die Räder des Fahrzeugs liefert. Der Betrieb eines HEV's oder eines Elektrofahrzeugs erfordert die Verarbeitung bzw. Aufbereitung von elektrischen Signalen zwischen der Hochspannungsbatterie und dem Elektromotor, um eine Kompatibilität zwischen den Eingängen und Ausgängen der diversen Bauteile innerhalb des HEV's zu schaffen. Derartige verarbeitende bzw. aufbereitende Bauteile umfassen beispielsweise Wandler, Wechselrichter, Gleichrichter und Wechselstromrichter. Wechselrichter werden verwendet, um Gleichspannungen in Wechselspannungen umzuwandeln, Gleichrichter wandeln Wechselspannungen in Gleichspannungen um, und Wechselstromrichter passen die Eingangs-Wechselspannung an die erforderliche Ausgangs-Wechselspannung an.
Um ein Rauschübertragung zu unterbinden, werden Filter in der Nähe der Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse der elektronischen Bauteile implementiert, um ein elektromagnetisches Rauschen der Eingänge und Ausgänge der Bauteile zu unterdrücken. Derartige Filter weisen üblicherweise Tiefpasseigenschaften auf, wobei Parallelkondensatoren zwischen Signalspuren und einer Referenzebene, die normalerweise die Grundfläche (= ”Ground plane”) ist, vorgesehen sind. Leider sind in vielen Fällen die Referenzebenen verrauscht, was dazu führt, dass das Rauschen einen Weg von der verrauschten Referenzebene über die Parallelkondensatoren zu den Signalleitungen findet. Mit anderen Worten kann der Fall eintreten, dass diese Parallelkondensatoren mehr Rauschen in die Signalleitungen einführen als ursprünglich vorhanden war. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, muss der Rauschpegel der Referenzebene reduziert werden, was nicht einfach oder nahezu unmöglich ist. Ein anderer Ansatz besteht darin, einen rauschfreien Bereich als neue Referenzebene auszumachen. Um diesen neuen Bereich rauschfrei zu halten, müssen größere Rauschströme von diesem Bereich isoliert werden, indem eine hinreichende Isolation zwischen diesem Bereich und den verrauschten Bereichen geschaffen wird, um akzeptable Rauschpegel an den Signalleitungen zu bewirken.
Aus der JP 2002-113 236 A ist eine Elektronikmodulanordnung mit einem Tiefpassfilterbauteil zur Störungsunterdrückung bekannt.
Die DE 34 06 671 A1 und DE 20 2004 002 262 U1 beschreiben verschiedene Tiefpassfilterbauteile zur Störungsunterdrückung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluss elektromagnetischer Interferenzen auf die elektronischen Bauteile in einem Fahrzeug, und insbesondere auf die elektronischen Bauteile in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug, zu reduzieren.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 sowie mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen erläutert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eines oder mehrere Probleme des Standes der Technik vermieden, indem in einer Ausführungsform eine Elektronikmodulanordnung mit reduziertem Rauschen aufgrund elektromagnetischer Interferenzen (”EMI”) bereitgestellt wird. Dementsprechend emittiert die Anordnung gemäß der Erfindung weniger Rauschen, welches andere Bauteile stören würde. Die Elektronikmodulanordnung der Erfindung weist ein Elektronikmodulbauteil auf, welches EMI-Rauschen emittiert. Dieses Elektronikmodulbauteil kann selbst eine Anzahl von passiven und aktiven Komponenten aufweisen, wie beispielsweise integrierte Schaltkreise, Dioden, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten u. dgl. Die Elektronikmodul-Anordnung weist einen ersten elektrischen Referenzbereich auf, welcher in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil steht. Der erste elektrische Referenzbereich ist mit einem ersten elektromagnetischen Rauschsignal kontaminiert, welches zumindest zum Teil ein inakzeptabel hohes Rauschen in den Eingängen und Ausgängen des Elektronikmodulbauteils verursacht. Vorzugsweise kann ein zweiter elektrischer Referenzbereich in dem Elektronikmodulbauteil identifiziert oder bestimmt werden. Dieser zweite elektrische Referenzbereich ist durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet, welches bei dem erfindungsgemäßen Design kleiner als das erste elektromagnetische Rauschsignal ist. Genauer ist ein Impedanzbauteil so in Reihe mit dem ersten Referenzbereich und dem zweiten Referenzbereich geschaltet, dass das Impedanzbauteil das erste elektromagnetische Rauschsignal dämpft. Die Elektronikmodulanordnung weist ferner ein Filterbauteil auf, welches in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil steht. Dieser Filterbauteil reduziert das Rauschen in den Eingangssignalen und/oder den Ausgangssignalen des Elektronikmodulbauteils. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung des Impedanzbauteils, welches einen rauschfreieren zweiten Referenzbereich bereitstellt, eine noch effizientere Reduzierung des Rauschens in den elektronischen Bauteilen und insbesondere in solchen Bauteilen, wie sie in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, ermöglicht. Zwei Varianten der Elektronikmodulanordnung gemäß der Erfindung haben sich als nützlich erwiesen. In einer ersten Variante sind das Filterbauteil und die Elektronikmodulanordnung auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet. In einer zweiten Variante sind das Filterbauteil und das Elektronikmodulbauteil auf separaten Leiterplatten angeordnet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren der Emission von EMI-Rauschen in den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen eines Elektronikmoduls unter Verwendung der Elektronikmodulanordnung gemäß der Erfindung bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Reduzierung der Emission von EMI-Rauschen in den Eingangssignalen oder den Ausgangssignalen eines Elektronikmodulbauteils, indem ein Impedanzbauteil in Reihe mit einem ersten elektrischen Referenzbereich und einem zweiten elektrischen Referenzbereich geschaltet wird. Wie oben ausgeführt, ist der zweite elektrische Referenzbereich durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet, welches kleiner als das erste elektromagnetische Rauschsignal ist, welches den ersten elektrischen Referenzbereich charakterisiert. Als Nächstes wird ein Ausgangssignal und/oder ein Eingangssignal des Elektronikmodulbauteils mit einem Filterbauteil gefiltert, welcher auf den zweiten (rauschfreieren) elektrischen Referenzbereich referenziert ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Elektronikmodulanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Elektronikmodulbauteil und das Tiefpassfilterbauteil auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind;
2 eine schematische Darstellung der Elektronikmodulanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Elektronikmodulbauteil und das Tiefpassfilterbauteil auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordnet sind;
3A eine schematische Darstellung eines einfachen Tiefpassfilterbauteils, welches nur einen Kondensator aufweist, der in elektrischer Verbindung mit einem beliebigen Streuwiderstand oder einer Induktivität in der Elektronikmodulanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
3B eine schematische Darstellung eines Tiefpass-R-C-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3C eine schematische Darstellung eines zweistufigen Tiefpass-R-C-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3D eine schematische Darstellung eines Tiefpass-L-R-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3E eine schematische Darstellung eines Tiefpass-L-C-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3F eine schematische Darstellung eines Tiefpassfilterbauteils, welches Common-Mode-Induktivitäten (”common mode” = Gleichtakt) aufweist, wobei ein Parallelkondensator an jedem Eingang zu dem Differential-Referenz-Paar (”differential reference pair”) zwischengeschaltet ist;
4A eine Auftragung des Rauschspektrums eines Bauteils ohne die Filterung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4B eine Auftragung des Rauschspektrums eines Bauteils mit der Filterung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird detailliert auf gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen und Verfahren gemäß der Erfindung Bezug genommen, welche nach gegenwärtigem Wissensstand des Erfinders die besten Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronikmodulanordnung mit reduzierter EMI-Rausch-Emission bereitgestellt.
In 1 ist eine schematische Darstellung einer Elektronikmodulanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Elektronikmodulanordnung 10 weist ein Elektronikmodulbauteil 12 auf, welches EMI-Rauschen (EMI = ”electromagnetic interference”) emittiert. Typischerweise ist das Elektronikmodulbauteil 12 auf einem Träger 14 in Form einer Leiterplatte angeordnet. Die Elektronikmodulanordnung 10 weist weiterhin einen ersten elektrischen Referenzbereich 16 auf, welcher in Verbindung (”in communication”) mit dem Elektronikmodulbauteil 12 steht. Unter dem Begriff ”in Verbindung” ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung ”in elektrischem Kontakt” zu verstehen, wobei auch ein oder mehrere zusätzliche elektronische Bauteile zwischengeschaltet sein können. Der erste elektrische Referenzbereich 16 ist durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet, welches Eingangs- oder Ausgangssignale von dem Elektronikmodulbauteil 12 kontaminiert. Darüber hinaus weist die Elektronikmodulanordnung 10 auch einen zweiten elektrischen Referenzbereich 20 auf, der durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist. Ein Impedanzbauteil 22 ist in Reihe zwischen dem ersten elektrischen Referenzbereich 16 und dem zweiten elektrischen Referenzbereich 20 geschaltet, so dass das Impedanzbauteil 22 das erste elektromagnetische Rauschsignal so dämpft, dass das zweite elektromagnetische Rauschsignal eine geringere Größe als das erste elektromagnetische Rauschsignal hat. Schließlich weist die Elektronikmodulanordnung 10 ein Tiefpassfilterbauteil 24 auf, welches in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil 12 steht. Das Tiefpassfilterbauteil 24 wird auf den zweiten elektrischen Referenzbereich 20 referenziert, welcher nun rauschfreier (d. h. weniger verrauscht) als der erste elektrische Referenzbereich ist. Das Tiefpassfilterbauteil 24 dämpft elektromagnetisches Rauschen an der Signalleitung 26 des Elektronikmodulbauteils 12. Über die Signalleitung können sowohl Eingangs- als auch Ausgangssignale geführt werden.
Das Tiefpassfilterbauteil 24 kann ein aktiver oder passiver Tiefpassfilter sein. Beispiele geeigneter Filterkomponenten umfassen eine Parallelkapazität mit einem ersten Anschluss in elektrischem Kontakt mit dem zweiten elektrischen Referenzbereich 20 und einem zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung mit den Eingangs- oder Ausgangssignalen des elektronischen Bauteils. Ein anderes Beispiel einer geeigneten Konfiguration für das Tiefpassfilterbauteil 24 sind Gleichtakt-Induktivitäten mit einem zwischengeschalteten Parallelkondensator an jedem Eingang zu dem Differential-Referenz-Paar (”differential reference pair”). Das Tiefpassfilterbauteil 24 kann durch eine Ansprechzeit gemäß einem Verfahren, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet der Filterentwicklung bekannt ist, charakterisiert sein. Die optimale Ansprechzeit wird auf Basis der Frequenz des zu filternden elektromagnetischen Rauschsignals ausgewählt. Für ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal mit einer Frequenz von etwa 0,1 bis etwa 100 kHz kann eine geeignete Ansprechzeit bei etwa 0,01 Millisekunden bis zu etwa 10 Millisekunden liegen. Wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz aufweist, liegt eine geeignete Ansprechzeit bei etwa 0,01 Mikrosekunden bis etwa 10 Mikrosekunden.
Wie oben ausgeführt, ist das Impedanzbauteil 22 in Reihe mit dem ersten elektrischen Referenzbereich 16 und dem zweiten elektrischen Referenzbereich 20 so geschaltet, dass das erste elektromagnetische Rauschsignal so gedämpft wird, dass das zweite elektromagnetische Rauschsignal eine geringere Größe als das erste elektromagnetische Rauschsignal hat. Die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils 22 liegt vorzugsweise bei etwa 1 Ohm bis etwa 500 Ohm. Noch bevorzugter liegt die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils 22 im Bereich von etwa 2 Ohm bis etwa 200 Ohm, und am meisten bevorzugt liegt die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils 22 im Bereich von etwa 5 Ohm bis etwa 50 Ohm.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind das Tiefpassfilterbauteil 24 und das Elektronikmodulbauteil 12 auf der gleichen Leiterplatte angeordnet. 1 zeigt eine schematische Darstellung dieser ersten Ausführungsform. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind das Tiefpassfilterbauteil 24 und das Elektronikmodulbauteil 12 auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordnet. Gemäß 2 weist eine Elektronikmodulanordnung 70 eine erste Leiterplatte 72 mit einem darauf angebrachten Elektronikmodulbauteil 12 auf, welches für Interferenzen infolge elektromagnetischen Rauschens empfindlich ist. Der erste elektrische Referenzbereich 76 steht in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil 12. Der erste elektrische Referenzbereich 76 ist durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet. Ein zweiter elektrischer Referenzbereich 78 ist durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet. Das Impedanzbauteil 22 ist in Reihe zwischen dem ersten elektrischen Referenzbereich 76 und dem zweiten elektrischen Referenzbereich 78 geschaltet, so dass das Impedanzbauteil 22 das erste elektromagnetische Rauschsignal so dämpft, dass das zweite elektromagnetische Rauschsignal eine geringere Größe als das erste elektromagnetische Rauschsignal hat. Die Elektronikmodulanordnung 70 weist ferner eine zweite Leiterplatte 82 mit einem darauf angeordneten Tiefpassfilterbauteil 24 auf. Das Tiefpassfilterbauteil 24 steht in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil 12 und wird auf den zweiten elektrischen Referenzbereich 78 referenziert. Das Tiefpassfilterbauteil 24 dämpft elektromagnetisches Rauschen in den zu dem Elektronikmodulbauteil 12 führenden Eingangssignalen und/oder in den aus dem Elektronikmodulbauteil 12 kommenden Ausgangssignalen. Die Auswahl des Elektronikmodulbauteils 12, des Impedanzbauteils 22 und des Tiefpassfilterbauteils 24 ist die gleiche wie oben beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3A–F werden (ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist) Beispiele von Tiefpassfilter-Konfigurationen beschrieben, welche bei Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. 3A zeigt eine schematische Darstellung eines einfachen Tiefpassfilter-Bauteils, welcher nur einen Kondensator aufweist, der in elektrischer Verbindung mit einem beliebigen Streuwiderstand oder einer Induktivität betrieben wird. 3B zeigt eine schematische Darstellung eines Tiefpass-R-C-Filters, welches als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 3C zeigt eine schematische Darstellung eines zweistufigen Tiefpass-R-C-Filters, welcher bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 3D zeigt eine schematische Darstellung eines Tiefpass-L-R-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 3E zeigt eine schematische Darstellung eines Tiefpass-L-C-Filters, welcher als Tiefpassfilterbauteil bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 3F zeigt eine schematische Darstellung eines Tiefpassfilter-Bauteils, welches ”Common-mode”-Induktivitäten (”Common-mode” = Gleichtakt) mit einem zwischengeschalteten Parallelkondensator an jedem Eingang zu dem Differential-Referenz-Paar (”differential reference pair”) aufweist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen in den Eingangs- und Ausgangssignalen eines Elektronikmoduls bereitgestellt. Das Vorliegen solchen Rauschens kann zur Emission von EMI-Rauschen führen, das anderen elektronischen Bauteilen überlagert sein bzw. diese stören kann. Gemäß 1 wird das elektromagnetische Rauschen, welches in den Eingangs- und Ausgangssignalen eines Elektronikmoduls auftritt, dadurch reduziert, dass das Impedanzbauteil 22 in Reihe mit dem ersten elektrischen Referenzbereich 16 und dem zweiten elektrischen Referenzbereich 20 geschaltet wird. Wie oben ausgeführt, ist der zweite elektrische Referenzbereich 20 durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet, welches infolge der Dämpfung des ersten elektromagnetischen Rauschsignals durch das Impedanzbauteil 22 kleiner als das erste elektromagnetische Rauschsignal ist. Als Nächstes werden ein Eingangssignal und/oder ein Ausgangssignal des Elektronikmodulbauteils 12 mittels des Tiefpassfilterbauteils 24 gefiltert, welches auf den zweiten elektrischen Referenzbereich 20 referenziert wird. Der zweite elektrische Referenzbereich 20 liefert eine rauschfreiere Referenz als der verrauschtere erste elektrische Referenzbereich 16 infolge des Einflusses des Impedanzbauteils 22. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform kann sowohl bei Anordnung des Elektronikmodulbauteils 12 und des Tiefpassfilterbauteils 24 auf der gleichen oder auch auf unterschiedlichen Leiterplatten realisiert werden.
Die Auswahl des Elektronikmodulbauteils 12, des Impedanzbauteils 22 und des Tiefpassfilterbauteils 24 ist die gleiche wie oben beschrieben.
Die Vorteile des Elektronikmoduls und des Verfahrens zur Filterung von elektromagnetischem Rauschen gemäß der vorliegenden Erfindung sind aus 4A–B ersichtlich. 4A zeigt ein Spektrum von elektromagnetischem Rauschen für ein elektronisches Bauelement ohne die Filterung gemäß der vorliegenden Erfindung, während 4B ein Spektrum von elektromagnetischem Rauschen für ein elektronisches Bauelement mit der Filterung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das von einem elektronischen Bauelement abgestrahlte EMI-Rauschen wird gemessen, indem das elektronische Bauelement in Betrieb genommen und das von einer Antenne empfangene Signal mit einem Spektralanalysator gemessen wird. Die abgestrahlten EMI werden im Bereich von 25 Megahertz (MHz) bis 1000 MHz gemessen, wobei die Auflösungsbandbreite (RWB = ”resolution bandwith”) des Messinstruments auf 9 Kilohertz (kHz) eingestellt wird. Allerdings wird im FM-Radiofrequenzband (etwa im Bereich von 70 MHz bis 108 MHz) die RWB auf 120 kHz geändert, um die Empfängerbandbreite eines gewöhnlichen FM-Funkempfängers zu reflektieren. Wenn jedoch die RWB erhöht wird, wird auch die von dem Messinstrument empfangene Energie erhöht (selbst wenn das tatsächliche Rauschen das Gleiche ist). Dies erklärt die Sprünge bei 70 MHz und 108 MHz in dem in 4A und 4B gezeigten Spektrum. 4B zeigt deutlich einen signifikanten Abfall in der Größe des Rauschens für alle Frequenzen im Vergleich zu 4A.

Claims

Elektronikmodulanordnung (10, 70) mit reduzierter Emission von EMI-Rauschen von einem Elektronikmodulbauteil (12), welches EMI-Rauschen emittiert, wobei die Elektronikmodulanordnung (10) aufweist: einen ersten elektrischen Referenzbereich (16, 76), welcher in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht, wobei der erste elektrische Referenzbereich (16, 76) durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; einen zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78), welcher durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; ein Impedanzbauteil (22), welches mit dem ersten Referenzbereich (16, 76) und dem zweiten Referenzbereich (20, 78) in Reihe geschaltet ist, so dass das Impedanzbauteil (22) das erste elektromagnetische Rauschsignal so dämpft, dass die Größe des zweiten elektromagnetischen Rauschsignals kleiner als die Größe des ersten elektromagnetischen Rauschsignals ist, und ein Tiefpassfilterbauteil (24), welches in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht und auf den zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78) referenziert ist, wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) elektromagnetisches Rauschen in den zu dem Elektronikmodulbauteil (12) führenden Eingangssignalen und/oder den von dem Elektronikmodulbauteil (12) ausgehenden Ausgangssignalen dämpft, und wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Parallelkapazität mit einem ersten Anschluss in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Referenzbereich (20, 78) und einen zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung mit einer Signalleitung (26) für Eingangssignale oder Ausgangssignale des Elektronikmodulbauteils (12) umfasst.
Elektronikmodulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) ein aktiver oder ein passiver Tiefpassfilter ist.
Elektronikmodulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) Gleichtakt(”Common mode”)-Induktivitäten aufweist, wobei ein Parallelkondensator vor dem Eingang jeder der Gleichtakt-Induktivitäten zwischengeschaltet ist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit im Bereich von 0,01 Millisekunden (ms) bis etwa 10 Millisekunden (ms) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 kHz bis etwa 100 kHz aufweist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit von etwa 0,01 Mikrosekunden (μs) bis etwa 10 Mikrosekunden (μs) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz aufweist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) und das Elektronikmodulbauteil (12) auf der gleichen Leiterplatte (14) angeordnet sind.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) und das Elektronikmodulbauteil (12) auf separaten Leiterplatten (72, 82) angeordnet sind.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils (22) im Bereich von etwa 1 Ohm bis etwa 500 Ohm liegt.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils (22) im Bereich von etwa 2 Ohm bis etwa 200 Ohm liegt.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils (22) im Bereich von etwa 5 Ohm bis etwa 50 Ohm liegt.
Elektronikmodulanordnung (70) mit reduzierter Emission von EMI-Rauschen, wobei die Elektronikmodulanordnung (70) aufweist: eine erste Leiterplatte (72); ein Elektronikmodulbauteil (12), welches EMI-Rauschen emittiert; einen ersten elektrischen Referenzbereich (76), welcher in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht, wobei der erste elektrische Referenzbereich (76) durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; einen zweiten elektrischen Referenzbereich (78), welcher durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist; ein Impedanzbauteil (22), welches mit dem ersten Referenzbereich (76) und dem zweiten Referenzbereich (78) so in Reihe geschaltet ist, dass das Impedanzbauteil (22) das erste elektromagnetische Rauschsignal so dämpft, dass der zweite elektrische Referenzbereich (78) durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist, wobei die Größe des zweiten elektromagnetischen Rauschsignals kleiner als die Größe des ersten elektromagnetischen Rauschsignals ist; eine zweite Leiterplatte (82); und ein Tiefpassfilterbauteil (24), welches auf der zweiten Leiterplatte (82) angeordnet ist und in elektrischer Verbindung mit dem Elektronikmodulbauteil (12) steht und auf den zweiten elektrischen Referenzbereich (78) referenziert ist, wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) elektromagnetisches Rauschen in den zu dem Elektronikmodulbauteil (12) führenden Eingangssignalen und/oder den von dem Elektronikmodulbauteil (12) ausgehenden Ausgangssignalen dämpft, und wobei das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Parallelkapazität mit einem ersten Anschluss in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Referenzbereich (20, 78) und einen zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung mit einer Signalleitung für Eingangssignale oder Ausgangssignale des Elektronikmodulbauteils (12) umfasst.
Elektronikmodulanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) ein aktiver oder ein passiver Tiefpassfilter ist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit im Bereich von 0,01 Millisekunden (ms) bis etwa 10 Millisekunden (ms) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 kHz bis etwa 100 kHz aufweist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit von etwa 0,01 Mikrosekunden (μs) bis etwa 10 Mikrosekunden (μs) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz aufweist.
Elektronikmodulanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils (22) im Bereich von etwa 5 Ohm bis etwa 50 Ohm liegt.
Verfahren zum Reduzieren von Rauschen in den Eingangs- und den Ausgangssignalen eines Elektronikmodulbauteils (12), welches in einem ersten elektrischen Referenzbereich (16, 76) angeordnet ist, welcher durch ein erstes elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritte aufweist: Reduzieren von elektromagnetischem Rauschen, indem ein Impedanzbauteil (22) in Reihe mit dem ersten elektrischen Referenzbereich (16, 76) und einem zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78) geschaltet wird, wobei der zweite elektrische Referenzbereich (20, 78) durch ein zweites elektromagnetisches Rauschsignal gekennzeichnet ist, welches infolge der Dämpfung des ersten elektromagnetischen Rauschsignals durch das Impedanzbauteil (22) kleiner ist als das erste elektromagnetische Rauschsignal; und Filtern eines Ausgangssignals und/oder eines Eingangsignals des Elektronikmodulbauteils (12) mit einem Tiefpassfilterbauteil (24), welches auf den zweiten elektrischen Referenzbereich (20, 78) referenziert ist, wobei ein Tiefpassfilterbauteil (24) verwendet wird, welches eine Parallelkapazität mit einem ersten Anschluss in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Referenzbereich (20, 78) und einen zweiten Anschluss in elektrischer Verbindung mit einer Signalleitung für Eingangssignale oder Ausgangssignale des Elektronikmodulbauteils (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) ein aktiver oder ein passiver Tiefpassfilter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit im Bereich von 0,01 Millisekunden (ms) bis etwa 10 Millisekunden (ms) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 kHz bis etwa 100 kHz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilterbauteil (24) eine Ansprechzeit von etwa 0,01 Mikrosekunden (μs) bis etwa 10 Mikrosekunden (μs) aufweist, wenn das erste elektromagnetische Rauschsignal eine Frequenz im Bereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Impedanz des Impedanzbauteils (22) im Bereich von etwa 5 Ohm bis etwa 50 Ohm liegt.