DE19507809A1 - Meßverfahren zur Erfassung pulsförmiger Störgrößen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die sichere Bestimmung der elektro­ magnetischen Verträglichkeit (EMV), insbesondere der Stör­ festigkeit von digitalen Geräten bzw. Gerätefunktionen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die EMV- Dimensionierung von digitalen Schaltungen und digital arbeitenden Geräten; dabei insbesondere bei der Gerätekon­ struktion, der EMV-Dimensionierung an den Schnittstellen, am Layout sowie im logischen Bereich der Geräte.

Auch für eine effektive Forschung auf dem Gebiet der EMV ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unver­ zichtbar.

Ein Teilgebiet der Störfestigkeit elektronischer Schal­ tungen bezieht sich auf die Festigkeit gegen Burst- und ESD-Impulse. Die Impulsbreiten dieser Störimpulse liegen im Nanosekundenbereich. Eine meßtechnische Erfassung der Impulsverteilung in Geräten und auf Leiterkarten ist für die Entwicklung von elektronischen Geräten erforderlich. Meßtechnisch Vorgänge im Nanosekundenbereich zu verfolgen, bereitet Schwierigkeiten. Kritisch wird die Situation in diesem Fall deshalb, weil die von außen eingespeisten Störimpulse im Kilovoltbereich liegen. Eine zu große oder nicht galvanisch getrennte Sonde verändert die elektro­ magnetische Umgebung und verfälscht die Meßergebnisse, die Meßanordnung wirkt auf das Meßobjekt zurück.

Zur Erzeugung des Störimpulses können Burstgeneratoren, ESD- Generatoren oder natürliche Störquellen benutzt werden.

Nach dem Stand der Technik wird der gesamte Zeitverlauf der physikalischen Größen des Störimpulses über galvanisch verbundene Tastköpfe bzw. Sonden erfaßt und ausgewertet (Oszilloskope, Spektrumanalysatoren). Lichtwellenleiter- (LWL)-Verbindungen müßten analog übertragende optische Sender und Empfänger besitzen, die mindestens von 0 . . . 1 GHz arbeitsfähig sind. Das liegt im Grenzgebiet des technisch realisierbaren und würde hohen Aufwand verur­ sachen. Darüberhinaus ist die Messung ohne LWL-Verbindung nicht rückwirkungsfrei und der technische Aufwand für die Einrichtung einer rückwirkungsfreien Messung ist zu hoch.

Eine Verbesserung der Situation bringt das in DE 42 24 858 beschriebene Impulsdichteverfahren. Das Verfahren beruht auf dem Zählen von Störimpulsen die eine dynamische oder statische Störschwelle überschreiten. Nachteil des Verfah­ rens ist, daß herkömmliche Störgeneratoren mit konstanter Impulsform nicht verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Erfassung der räum­ lichen Verteilung eines Störimpulses in oder in der Umge­ bung eines Gerätes, Baugruppe oder Leiterkarte als Strom, Spannung, elektrisches Feld (E) oder magnetisches Feld (B) durch spezielle Sonden bzw. Sensoren.

Erreicht werden soll weiterhin eine Vereinfachung des komplizierten analogen optischen Übertragungsverfahrens. Für das zur Lösung der Aufgabe eingesetzte Meßverfahren sollen herkömmliche Störgeneratoren (Burst, ESD) verwend­ bar sein. Ein rückwirkungsfreies übertragen zu einer Aus­ werteeinheit und Anzeige der Intensität des Störimpulses an einer Anzeigeeinheit soll gewährleistet werden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der vom Generator in das Gerät, Baugruppe oder Leiterkarte eingespeiste Störimpuls verteilt sich als Störstrom auf Konstruktionsteile, Baugruppen und Bauteile. Im und in der Umgebung des Gerätes, Baugruppe oder Bauteil entsteht eine räumliche Störimpulsverteilung, die physikalisch aus einer Strom-, Spannungs-, E- und B-Feldverteilung besteht. Die physikalischen Größen des Störimpulses haben in ihrer ersten Phase annähernd den Zeitverlauf eines Exponential­ impulses, die wichtigsten Parameter sind Amplitude, An­ stiegszeit und Impulsbreite. Mit speziellen Sonden oder Sensoren können ortsabhängig die physikalischen Größen des Störimpulses erfaßt werden. Das geschieht z. B. durch Ab­ greifen einer Spannungsdifferenz oder eines Teilstromes, durch Erfassen des elektrischen Feldes E oder magnetischen Feldes B.

Der Generator erzeugt Impulse konstanter Amplitude und Impulsform. Im Gerät wird der Impuls durch seine räumliche Verteilung abgeschwächt, seine Amplitude verringert sich.

Der Sensor oder die Sonde besitzt in der ersten Ausfüh­ rungsform einen digitalen Eingang für eine der genannten physikalischen Größen. Der Eingang hat eine statische und für kleine Impulsbreiten dynamische Schaltschwelle. Die Exponentialimpulse überschreiten, je nach dem auf welche Amplitude sie im Meßort abgeschwächt wurden, für eine bestimmte Zeitdauer die Störschwelle. Je höher die Ampli­ tude ist, um so größer ist die Zeitdauer der Überschrei­ tung. Für diese Zeitdauer gibt der Sensor ein Signal ab. Die Breite des Signals ist der Amplitude und Impulsbreite des abgeschwächten Störimpulses proportional.

Das Signal kann von dem Sensor zeitlich proportional gedehnt werden. Die Dehnung kann von den dynamischen Eigenschaften des Exponentialimpulses abhängig gemacht werden, d. h. zusätzlich von der Amplitude.

Das Signal wird von einem optischen Sender in ein Licht­ signal gewandelt und in einen Lichtwellenleiter (LWL) für die Übertragung zu einem optischen Empfänger eingekoppelt. Der optische Empfänger wandelt das Lichtsignal in ein elektrisches Signal. Die Impulsbreite des elektrischen Signals, die der Amplitude und Impulsbreite des Störimpul­ ses proportional ist, wird mit einer Anzeigeeinrichtung angezeigt. Der Meßvorgang und die Anzeige kann für einen einmaligen Impuls (ESD) durchgeführt oder für eine Kette von Impulsen zyklisch nachgeführt werden.

Der Anzeige kann eine Verarbeitungs- bzw. Auswertungs­ einheit vorgeschaltet sein.

Der Sensor kann in einer anderen Ausführungsform auch einen analogen Eingang besitzen, und ein analoges Aus­ gangssignal erzeugen, dann ist es zur Erzeugung der inten­ sitätsproportionalen Signallänge erforderlich, ein Glied mit einem digitalen Eingang definierter statischer und dynamischer Schaltschwelle nachzuschalten. Dieses Glied kann sich im Empfänger oder in der Auswerteeinrichtung befinden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patent­ ansprüche verwiesen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Meßver­ fahrens für die Auswertung beliebiger elektrischer, physikalischer Größen,

Fig. 2 die Handhabung des Meßverfahrens unter Anwendung einer Magnetfeldsonde,

Fig. 3 ein beispielhafter Störimpuls- und Signalverlauf zu der Meßanordnung nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 wird in eine Leiterkarte (Prüfling) 8 über Geräteschnittstellen und ein bekanntes Koppelnetzwerk oder eine Koppelzange 9 aus einem Burstgenerator 1 eine Burst­ impulsfolge konstanter Amplitude und Impulsbreite einge­ speist. Der Störstrom der Impulse verteilt sich im Gerät und auch auf der Leiterkarte 8. Der pulsförmige Störstrom erzeugt ein pulsförmiges Magnetfeld. Die Amplitude des Magnetfeldes ist ortsabhängig. Das Magnetfeld kann mit einer Magnetfeldsonde 2 (beispielsweise nach G 93 17 586.8), die eine definierte statische und dynamische Schaltschwelle 3, s. Fig. 3, besitzt, erfaßt werden.

Je höher die Intensität des Magnetfeldes am Meßort a, b, s. Fig. 2, ist, um so breiter ist der Impuls, d. h. an der von der Sonde vorgegebenen Schaltschwelle 3 und um so breiter ist das von ihm abgegebene (Licht)Signal 4, s. Fig. 2 oder 3. Um LWL-Systeme mit niedriger Grenzfrequenz benutzen zu können wird das Signal 4 in der Sonde 2 pro­ portional gedehnt. Ein optischer Empfänger 5 wandelt das Lichtsignal in ein elektrisches Signal. Dieses Signal kann von einem Oszilloskop 6, 7 zur Anzeige 7 gebracht werden. Auf dem Bildschirm des Oszilloskops entsteht ein Rechteck­ signal (Fig. 2), dessen Impulsbreite proportional der Intensität des Pulsmagnetfeldes am Meßort ist. Wenn die Erzeugung der Burstimpulse durch den Generator periodisch erfolgt, werden bei Variation des Meßortes Intensitätsver­ änderungen mit jedem neuen Impuls erfaßt.

Einzelimpulse die z. B. durch einen ESD-Generator 1 erzeugt werden, können über die Meßkette von einem Speicheroszil­ loskop 6, 7 zur Anzeige gebracht werden.

Analog kann die Impulsbreite am Ausgang des optischen Empfängers von einem Microrechner aufbereitet und auf einer LCD, oder LED-Anzeige z. B. als Balken oder Zahl angezeigt werden.

Claims (5)

1. Meßverfahren zur Erfassung pulsförmiger Störgrößen in oder in der Umgebung von Geräten, Baugruppen oder Leiter­ karten als Strom, Spannung, elektrisches Feld (E) oder magnetisches Feld (B) unter Anwendung des Impulsdichtever­ fahrens, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) Störgeneratoren (1) herkömmlicher Bauart Impulse kon­ stanter Amplitude und Impulsform erzeugen und im unter­ suchten Gerät/Baugruppe/Leiterkarte (8) der Impuls durch seine räumliche Verteilung abgeschwächt wird, wodurch sich seine Amplitude verringert, und
• b) der Sensor oder die Sonde (2) einen digitalen Eingang für eine der genannten physikalischen Größen besitzt, wobei der Eingang eine statische und für kleine Impuls­ breiten dynamische Schaltschwelle (3) aufweist, und
• c) die Exponentialimpulse, abhängig davon auf welche Amplitude sie am Meßort abgeschwächt wurden, für eine bestimmte Zeitdauer die Störschwelle und damit Schalt­ schwelle (3) überschreiten, wobei für diese Zeitdauer der Sensor (2) ein Signal (4) abgibt, dessen Breite der Amplitude und Impulsbreite des abgeschwächten Störimpulses proportional ist.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (4) vom Sensor (2) zeitlich proportional gedehnt wird, wobei die Dehnung von den dynamischen Eigenschaften des Exponentialimpulses, d. h. zusätzlich von der Amplitude, abhängig gemacht werden kann.

3. Meßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (4) von einem opti­ schen Sender in ein Lichtsignal gewandelt und in einen Lichtwellenleiter (LWL) für die Übertragung zu einem opti­ schen Empfänger (5) eingekopplet wird, wobei der optische Empfänger (5) das Lichtsignal in ein elektrisches Signal wandelt.

4. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des elektri­ schen Signals (4), die der Amplitude und Impulsbreite des Störimpulses proportional ist, mit einer Anzeigeeinrich­ tung (6) angezeigt wird, wobei der Meßvorgang und die Anzeige für einen einmaligen Impuls (ESD) durchgeführt oder für eine Kette von Impulsen zyklisch nachgeführt werden kann.

5. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) einen analogen Eingang besitzt und ein analoges Ausgangssignal (4) er­ zeugt, wobei es zur Erzeugung der intensitätsproportiona­ len Signallänge erforderlich ist, ein Glied mit einem digitalen Eingang definierter statischer und dynamischer Schaltschwelle (3) nachzuschalten und dieses Glied im Empfänger (5) oder in der Auswerteeinrichtung (6) ange­ ordnet ist.