DE19507809C2

DE19507809C2 - Meßverfahren zur Erfassung pulsförmiger Störgrößen

Info

Publication number: DE19507809C2
Application number: DE1995107809
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Langer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2015-03-07
Also published as: DE19507809A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Erfassung pulsförmiger Störgrößen nach dem Obergriff 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 Impulse sind in den Standards IEC 801-4 (Burst) und IEC 801-2 (ESD) definiert. 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 bringen EMV-Sensoren nach Langer, G., Hochgenaue EMV-Messung, Elektronik Journal 11/92 S. 44. Der Meßeingang des Sensors besitzt die statische und dynamische Schaltschwelle eines digitalen IC-Einganges. Der Sensor wird in elektronische Geräte oder Baugruppen eingebracht und bildet die Gerätestörschwelle nach. Störschwellenüberschreitungen werden über Lichtwellen leiter signalisiert.

EMV-Sensoren besitzen eine definierte Schaltschwelle und ein binäres Ausgangssignal konstanter Impulsbreite. Es läßt sich nur das überschreiten der Schwelle feststellen. Die Intensität des erfaßten Störimpulses ist mit dem Ver fahren nicht auswertbar.

Eine weitere 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 der Intensität eines von einem herkömmlichen Störgenerator nach IEC 801-4 oder 802-2 abgegebenen 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 nach IEC 801-4, ESD nach IEC 801-2) 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, die kleiner als die Schaltzeit des digitalen Eingangs sind, eine 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 beispielhalfter 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 DE 93 17 586 U1), 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

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 Nutzung von Störgrößengenera toren dadurch gekennzeichnet, daß

a) von Störgrößengeneratoren (1) erzeugte Impulse konstanter Amplitude und Impulsform drahtgebun den über Geräteschnittstellen und ein bekanntes Koppel netzwerk oder eine Koppelzange (9) in das untersuchte Gerät/Baugruppe/Leiterkarte (8) eingekoppelt werden und 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, die kleiner als die Schaltzeit des digitalen Eingangs sind, eine dynamische Schaltschwelle (3) auf weist, und
c) die vom Störgrößengenerator (1) abgegebenen Exponentialimpul se konstanter Amplitude, 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 des vom Störgenerator abgegebenen Exponentialimpulses abhängig von seinen dynamischen Eigenschaften

1. - proportional zur erfaßten Impulsbreite des Exponential impulses oder
2. - proportional zur erfaßten Amplitude des Exponential impulses oder
3. - proportional zur erfaßten Impulsbreite und Amplitude des Exponentialimpulses

erfolgt.

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.