DE9317586U1

DE9317586U1 - Measuring and experimentation system for recording and evaluating the EMC behavior of electrical circuits or devices

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Publication number: DE9317586U1
Application number: DE9317586U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2003-11-19

Description

Dipl.-Ing. Gunter Langer; Rosentitzer Str. 3c, 01728 BannewitzDipl.-Ing. Thomas Mann; Rosentitzer Str. 3c, 01728 Bannewitz

Meß- und Experimentiersystem zur Erfassung und Bewertung des EMV-Verhaltens elektrischer Schaltungen oder GeräteMeasuring and experimental system for recording and evaluating the EMC behavior of electrical circuits or devices

Die Erfindung bezieht sich auf die gerätetechnische Ausstattung eines Meß- und Experimentiersysteras, das für Modelluntersuchungen zum EMV-Verhalten aber auch zur Erfassung und Bewertung des EMV-Verhaltens eines elektrischen Gerätes oder einer elektronischen Schaltung eingesetzt werden kann.The invention relates to the technical equipment of a measuring and experimental system that can be used for model investigations into EMC behavior but also for recording and evaluating the EMC behavior of an electrical device or an electronic circuit.

Unter EMV-Verhalten soll dabei die geräteinterne Wandlung einer elektromagnetischen Störgröße in einen Funktionsfehler verstanden werden.EMC behavior is understood to mean the device-internal conversion of an electromagnetic disturbance into a functional error.

Mit dem neuen Meß- und Experimentiersystem soll am Modell aber auch im Echtzeitbetrieb nachvollzogen bzw. ermittelt werden, ob eine elektromagnetische Störgröße das Gerät, die Schaltung beeinflussen kann oder nicht, ob eine evtl. Störgröße kritische Werte erreicht, erreichen kann oder nicht.The new measuring and experimental system is intended to be used to reproduce or determine, on the model but also in real-time operation, whether an electromagnetic disturbance can affect the device, the circuit or not, and whether a possible disturbance reaches, can reach or not critical values.

Der für die Störgröße ursächliche Störstrom wird meist über Leitungen an das Gerät herangeführt und dringt über die Geräteschnittstellen ein. Am leichtesten gelangt er über galvanische Verbindungen ins Geräteinnere. Ausreichend sind auch wenige Pikofarad parasitäre Koppelkapazität galvanisch trennender Schnittstellen (Relais, übertrager, Optokoppler), über parasitäre Gehäusekapazitäten kann der Störstrom ebenso fließen, wie über Kabelschirmkapazitäten .The interference current that causes the disturbance is usually brought to the device via cables and penetrates through the device interfaces. It enters the device interior most easily via galvanic connections. A few picofarads of parasitic coupling capacitance of galvanically isolated interfaces (relays, transformers, optocouplers) are also sufficient; the interference current can flow through parasitic housing capacitances as well as cable shield capacitances.

Nur schwer zu beherrschende Verhältnisse liegen vor, wenn der Störstrom ist die Schaltungsmasse (GND) durchfließtConditions that are difficult to control occur when the interference current flows through the circuit ground (GND)

und an ihrer verteilten Induktivität eine Längsspannung erzeugt. Diese wird von den Masseanschlüssen integrierter Schaltungen abgegriffen, gelangt an Schaltkreiseingänge E und wird, wenn die statische beziehungsweise dynamische Schaltschwelle eines IC überschritten wird, in ein Störsignal gewandelt. Das Störsignal kann über logische Wege zur Fehlfunktion des Gerätes führen.and generates a longitudinal voltage at its distributed inductance. This is tapped from the ground connections of integrated circuits, reaches circuit inputs E and, if the static or dynamic switching threshold of an IC is exceeded, is converted into an interference signal. The interference signal can lead to the device malfunctioning via logical pathways.

Die Empfindlichkeit eines ICs ist von der Charakteristik seiner dynamischen Schaltschwelle abhängig.The sensitivity of an IC depends on the characteristics of its dynamic switching threshold.

Aus dem Stand der Technik bekannte Meßvorrichtungen, wie Oszilloskope und Spektrumanalysatoren messen den Zeitverlauf oder das exakte Amplitudendichtespektrum der Störvorgänge. Die dabei auftretenden Probleme können wie folgt zusammengefaßt werden.State-of-the-art measuring devices such as oscilloscopes and spectrum analyzers measure the time course or the exact amplitude density spectrum of the disturbances. The problems that arise can be summarized as follows.

Falls im Geräteinneren gemessen wird, werden die elektromagnetischen Geräteeigeschaften berücksichtigt, was zur Folge hat, daß über die Meßleitungen zusätzlich ein Störstrom fließt, der die Verhältnisse im Gerät verfälscht. Das elektromagnetische Verhalten des Gerätes verändert sich durch diese zusätzliche (metallische) Verbindung total, was zu nicht zu vernachlässigenden Meßfehlern führt.If measurements are taken inside the device, the electromagnetic properties of the device are taken into account, which means that an additional interference current flows through the measuring cables, which distorts the conditions in the device. The electromagnetic behavior of the device changes completely due to this additional (metallic) connection, which leads to measurement errors that cannot be ignored.

Eine Berücksichtigung der elektromagnetischen Geräteeigenschaften erfolgt durch die bekannte Meßtechnik, beispielsweise durch Nahfeld-Prüfsonden zur Lokalisierung dominanter Störstrahlungsquellen, nicht.The electromagnetic properties of the device are not taken into account by the known measuring technology, for example by using near-field test probes to locate dominant sources of interference radiation.

Aus dem Zeitverlauf von Meßwerten läßt sich erfahrungsgemäß nur schwer die Entscheidung ableiten, ob ein Gerät gestört ist oder nicht.Experience has shown that it is difficult to determine whether a device is faulty or not based on the time course of measured values.

Abgeleitet von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein direkt anzeigendes Meß- und Experimentiersystem zu entwickeln, daß mit seinen Gerätebausteinen und in seinen Meßparametern das EMV-Verhalten des Meßobjektes nachbildet und dadurch die Störgröße bzw. die Gerätestörschwelle möglichst exakt und ohne Rückwirkungen erfaßt und den Fehlerfall, ggf. mit einer vorherigen Warnphase zuverlässig anzeigt.Derived from this state of the art, the object of the invention is to develop a directly indicating measuring and experiment system that simulates the EMC behavior of the measurement object with its device components and in its measurement parameters and thereby records the disturbance variable or the device disturbance threshold as precisely as possible and without repercussions and reliably indicates the error, if necessary with a preceding warning phase.

Mit dem modularen Aufbau des Meß- und Experimentiersystems soll im Verlauf des Schaltungs- bzw. Geräteentwurfs eine Nachbildung und damit Abschätzung des EMV-Verhaltens ermöglicht werden, was einen EMV-gerechten Geräte- und Schaltungsentwurf gewährleisten würde.The modular design of the measurement and experiment system is intended to enable a reproduction and thus an estimation of the EMC behavior during the circuit or device design, which would ensure an EMC-compliant device and circuit design.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is specified in claim 1. Further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Störgrößen können leitungsgebunden als Störstrom oder über das im Raum vorhandene elektromagnetische Feld in das Gerät eindringen.The interference can enter the device via conduction as interference current or via the electromagnetic field present in the room.

Das leitungsgebundene Eindringen ist für die Entstehung von Störgrößen und Funktionsfehlern dominierend. Bei den meisten Geräten ist nur ein leitungsgebundenes Eindringen möglich. Selbst wenn Störgrößen über das im Raum wirkende Feld eindringen, fließen sie als Störstrom über Leitungsverbindungen ab und können im Inneren des Gerätes oder an den Zuführungs-Leitungen erfaßt werden.Conducted penetration is the dominant cause of interference and malfunctions. For most devices, only conducted penetration is possible. Even if interference penetrates via the field acting in the room, it flows away as interference current via line connections and can be detected inside the device or on the supply lines.

Das erfindungsgemäße Meß- und Experimeniiersystem wird durch Module bzw. Modulbausteine realisiert, die durch ihre variable Kombination und ihre Einstellparameter dem EMV-Verhalten des Gerätes bzw. der Schaltung angepaßtThe measuring and experimental system according to the invention is implemented by modules or modular components which, through their variable combination and their setting parameters, are adapted to the EMC behavior of the device or circuit.

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werden. Bei Annäherung des Wertes der Störgröße an den Wert, der einem Funktionsfehler entspricht, oder bei Erreichen dieses kritischen Wertes wird vom Meßsystem ein Signal erzeugt. Damit verbunden signalisiert das Meßsystem das Überschreiten seiner durch Einstellparameter festgelegten Störschwelle, wonach weitere erforderliche Aktivitäten zum Schutz des betreffenden Gerätes bzw. spezieller Baugruppen initiiert werden können.When the value of the disturbance variable approaches the value that corresponds to a functional error, or when this critical value is reached, the measuring system generates a signal. In conjunction with this, the measuring system signals that its disturbance threshold, which is defined by setting parameters, has been exceeded, after which further necessary activities can be initiated to protect the device in question or specific components.

Als Module werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Meß- und Experimentiersystems die folgenden Funktionsbausteine eingesetzt, die alle zielbezogen auf die Lösung der Aufgabe der Erfindung entwickelt wurden.The following functional modules are used as modules within the scope of the measuring and experiment system according to the invention, all of which were developed with the aim of solving the problem of the invention.

Das erfindungsgemäße Meß- und Experimentiersystem verarbeitet hauptsächlich impulsförmige Störgrößen, die einen besonders steilen Anstieg (ns) und kurze Impulsbreiten (ns) besitzen; dazu gehören Burstimpulse, die durch Schaltvorgänge entstehen.The measuring and experimental system according to the invention processes mainly pulse-shaped disturbances that have a particularly steep rise (ns) and short pulse widths (ns); these include burst pulses that arise from switching processes.

Diese Impulse können ohne Probleme über galvanische Trennstellen an die Geräteschnittstelle gelangen und in das Gerät eindringen. Sie fließen über die parasitären Kapazitäten (einige pF) der galvanischen Trennstellen und weiter über induktivitätsarme Leitungen der Geräteschaltung. These pulses can easily reach the device interface via galvanic isolation points and penetrate into the device. They flow via the parasitic capacitances (a few pF) of the galvanic isolation points and then via low-inductance lines of the device circuit.

Auf diesem Weg kann der Störstrom an den parasitären Induktivitäten der Masseleitung (GND) einen Störspannungsabfall ^Ui erzeugen, der vom IC abgegriffen wird. Diese Spannung wird als induktive Komponente bezeichnet. Weiterhin kann der Störstrom ein Magnetfeld erzeugen, das in Schleifen, die von Signalleiterzügen und Masseleitungen bzw. der jeweiligen Massefläche (GND) gebildet werden, Spannungen induziert. Diese Spannungen liegen ebenfalls anIn this way, the interference current can generate an interference voltage drop ^Ui at the parasitic inductances of the ground line (GND), which is picked up by the IC. This voltage is referred to as an inductive component. Furthermore, the interference current can generate a magnetic field that induces voltages in loops formed by signal conductors and ground lines or the respective ground surface (GND). These voltages are also present at

den IC-Eingängen an.the IC inputs.

Darüberhinaus kann noch eine elektrische Komponente entstehen.In addition, an electrical component can arise.

Alle drei Komponenten erzeugen an den IC-Eingängen eine Störspannung.All three components generate a noise voltage at the IC inputs.

Die Burstimpulse werden von einem Burstgenerator erzeugt. Der Burstgenerator/Zähler ist auf das Experimentieren mit EMV-Sensoren zugeschnitten. Er vereinigt die für das Impulsdichteverfahren notwendigen drei Einzelgeräte Burstgenerator, Optischer Empfänger und Frequenzzähler in einem Gerät. Das Impulsdichteverfahren ermöglicht die unkomplizierte Erfassung von Verträglichkeitsänderungen in einer Meßzeit von etwa einer Sekunde.The burst pulses are generated by a burst generator. The burst generator/counter is tailored to experimenting with EMC sensors. It combines the three individual devices required for the pulse density method - burst generator, optical receiver and frequency counter - in one device. The pulse density method enables the uncomplicated recording of compatibility changes in a measurement time of around one second.

Die Erfasung der leitungsgebundenen Störgröße erfolgt auf magnetischem Wege. Dabei ist der EHV-Sensor des Meß- und Experimentiersystems mit einer Induktionsschleife verbunden. The conducted disturbance is detected magnetically. The EHV sensor of the measuring and experimental system is connected to an induction loop.

Diese mit dem Sensor gekoppelte Induktionschleife wird in das um das Zuführungskabel zum auszumessenden Gerät, zur auszumessenden Schaltung beim Stromfluß aufgebaute Magnetfeld eingebracht. In einer speziellen Konfiguration besteht eine derartige Magnetfeldsonde aus einer Induktionsschleife, einem optischem Sender und einem Lichtwellenleiter. Zum Betreiben der Sonde ist keine Hilfsenergie erforderlich. This induction loop coupled to the sensor is introduced into the magnetic field built up around the supply cable to the device to be measured, to the circuit to be measured during the flow of current. In a special configuration, such a magnetic field probe consists of an induction loop, an optical transmitter and an optical fiber. No auxiliary energy is required to operate the probe.

Zur Impulsverlängerung können schnelle Dioden in Verbindung mit Kondensatoren und Widerständen verwendet werden. Als schnelle Diode kann parallel oder in Reihe zum optischen Sender ein Stoßspannungsbegrenzer vorgesehen werden. Die Sonde erfaßt Burstmagnetfeider hoher Flankensteilheit und wurde für die Anwendung des Impulsdichteverfahrens konzipiert. Dieses Verfahren läßt sich mit dem erfindungs-Fast diodes can be used in conjunction with capacitors and resistors to extend the pulse. A surge voltage limiter can be used as a fast diode in parallel or in series with the optical transmitter. The probe detects burst magnetic fields with a high edge steepness and was designed for the application of the pulse density method. This method can be carried out using the inventive

gemäßen Burstgenerator/Zähler realisieren.realize a corresponding burst generator/counter.

Zur Nachbildung bestimmter Beeinflussungsfälle bzw. Anpassung an die Eigenschaften bestimmter im Entwurfsstadium befindlicher, zu testender bzw. überhaupt auf EMV-Verhalten zu untersuchender Schaltungen und Geräte werden spezielle Schaltungsmodelle eingesetzt. Das Schaltungsmodell U dient einfachen Untersuchungen der elektrischen und magnetischen Beeinflussungskomponenten. Als Einkoppelstrukturen lassen sich Leitungen oder eine Induktionsschleife anschließen.Special circuit models are used to simulate certain influence cases or to adapt to the properties of certain circuits and devices that are in the design stage, are to be tested or are to be examined for EMC behavior. The circuit model U is used for simple investigations of the electrical and magnetic influence components. Cables or an induction loop can be connected as coupling structures.

Ein zweites Schaltungsmodell M dient der Untersuchung magnetisch wirksamer Öffnungen in GND-Flächen. Zur Abdeckung der im Schaltungsmodell befindlichen Öffnung sind zwei GND-Flächen bestimmter Größe (nach vorgegebener Geometrie) erforderlich.A second circuit model M is used to investigate magnetically effective openings in GND surfaces. To cover the opening in the circuit model, two GND surfaces of a certain size (according to a given geometry) are required.

Ein drittes Schaltungsmodell K ist für universelle Untersuchungen der elektrischen, magnetischen und induktiven Beeinflussungskomponenten und der EMV-Eigenschaften von IC vorgesehen. Im Modell ist eine Signalverbindung zwischen zwei IC nachgebildet. Es lassen sich IC mit bestimmten Eingangs- und Ausgangseigenschaften auf Fassungen aufstecken. Ein EMV-Sensor kann direkt neben oder über einem IC angeschaltet werden. Die GND-Verhältnisse sind durch Einschieben spezieller GND-Flächen veränderbar.A third circuit model K is intended for universal investigations of the electrical, magnetic and inductive influence components and the EMC properties of ICs. The model simulates a signal connection between two ICs. ICs with specific input and output properties can be plugged into sockets. An EMC sensor can be connected directly next to or above an IC. The GND ratios can be changed by inserting special GND surfaces.

GND-Flächen unterschiedlicher Geometrie stehen als Module zur Verfügung. Sie sind insbesonder zum Einschieben in das speziell dafür vorgesehene Schaltungsmodell K konzipiert. Auf den Flächen sind bestimmte geometrische GND-Strukturen realisiert. Die Flächen verändern je nach Flächenart, Kombination und Einschiebetiefe die GND-Verhältnisse desGND surfaces of different geometries are available as modules. They are designed in particular for insertion into the specially designed K circuit model. Certain geometric GND structures are implemented on the surfaces. Depending on the type of surface, combination and insertion depth, the surfaces change the GND ratios of the

Schaltungsmodells.circuit model.

Ein weiteres Schaltungsmodell I dient der Realisierung der induktiven Beeinflussungskomponente. Es besitzt einen ausgeprägten GND-Leiterzug, in den Störstrom eingespeist werden kann. Mit einem Signalleiterzug können Längsspannungen auf dem GND-Leiter abgegriffen werden. Der Abgriff ist durch einen Schleifer verstellbar.Another circuit model I is used to implement the inductive influence component. It has a distinctive GND conductor into which interference current can be fed. Longitudinal voltages on the GND conductor can be tapped using a signal conductor. The tap can be adjusted using a wiper.

Zur EMV-Dimensionierung von Signaleingängen an Schnittstellen ist das Schnittstellenmodell SM vorgesehen. Es lassen sich Schnittstellenschaltungen durch Aufstecken von Bauelementen (Trans-Zorb, Varistoren, Kondensatoren, Widerstände, usw.) oder durch Zuschalten interner Bauelemente über DIL-Schalter realisieren. Die erforderliche IC-Empfindlichkeit ist durch Aufstecken entsprechender EMV-Sensoren oder spezieller Bauelemente (IC, Optokoppler, usw.) auf einen IC-Adapter (bis lopolig) einstellbar.The SM interface model is intended for EMC dimensioning of signal inputs at interfaces. Interface circuits can be implemented by plugging in components (Trans-Zorb, varistors, capacitors, resistors, etc.) or by connecting internal components via DIL switches. The required IC sensitivity can be set by plugging in appropriate EMC sensors or special components (IC, optocouplers, etc.) onto an IC adapter (up to 10-pin).

Alle Schaltungsmodelle können mit einem speziellen Stromversorgungsbaustein verbunden werden. Er dient der galvanisch getrennten 5 Volt Spannungs-Versorgung von EMV-Sensoren. Diese können sich auf dem Stromversorgungsbaustein oder auf Schaltungsmodellen befinden. Die Verbindung mit einem Schaltungsmodell erfolgt über einen direkten Steckverbinder. Über ihn werden die GND-Flächen, die bei Anschluß des Sensors auf dem Stromversorgungsbaustein erforderlichen Sensoreingänge und die Verbindungen für die Spannungsversorgung geführt.All circuit models can be connected to a special power supply module. It is used to provide a galvanically isolated 5 volt power supply to EMC sensors. These can be located on the power supply module or on circuit models. The connection to a circuit model is made via a direct connector. The GND surfaces, the sensor inputs required when connecting the sensor to the power supply module and the connections for the power supply are routed via this.

Als weiteres Modul für das erfindungsgemäße Meß- und Experimentiersystem steht ein quarzstabilisierter Signalgenerator zur Verfügung. Er ist zum Aufstecken auf den beschriebenen Schaltungsmodellen vorgesehen und dient derA quartz-stabilized signal generator is available as an additional module for the measuring and experimental system according to the invention. It is designed to be plugged onto the circuit models described and is used for

Einspeisung logischer Signale. störfest aufgebaut und verändert durch seine Kleinheit die elektromagnetischen Verhältnisse auf den Schaltungsraodellen auch für schnelle Vorgänge nur wenig. Seine Frequenz ist in Stufen verstellbar.Feeding of logical signals. It is designed to be interference-resistant and, due to its small size, changes the electromagnetic conditions on the circuit boards only slightly, even for fast processes. Its frequency can be adjusted in steps.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen. Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die Gesamtansicht des Burstgenerators/Zählers, Fig. 2 die Induktionsschleife, als Modul ausgeführt,In the accompanying drawing, Fig. 1 shows the overall view of the burst generator/counter, Fig. 2 shows the induction loop, designed as a module,

Fig. 3 eine Magnetfeldsonde mit Angabe der möglichen Schaltungen,Fig. 3 a magnetic field probe with indication of the possible circuits,

Fig. 4 die Ausführung des Schaltungsmodells U,Fig. 4 the design of the circuit model U,

Fig. 5 die Ausführung des Schaltungsmodells M,Fig. 5 the design of the circuit model M,

Fig. 6 die Ausführung des Schaltungsmodells K,Fig. 6 the design of the circuit model K,

Fig. 7 die Ausführung des Schaltungsmodells I,Fig. 7 the design of circuit model I,

Fig. 8 eine Auswahl geometrischer Gestaltungsvarianten für GND-Flächen,Fig. 8 a selection of geometric design variants for GND surfaces,

Fig. 9 eine Ausführungsform des Schnittstellenmodells SM, Fig. 10 den Stromversorgungsbaustein,Fig. 9 an embodiment of the interface model SM, Fig. 10 the power supply module,

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Fig. 11 die schematische Darstellung eines Signalgenerators .Fig. 11 shows a schematic representation of a signal generator.

Der Burstgenerator in Fig. 1 erzeugt kontinuierlich Burstimpulse unterschiedlicher Amplitude. Die Höhe der Amplitude ist statistisch gleichmäßig verteilt. Mit einem Kippschalter 1 ist die Steilheit der Burstimpulse umschaltbar.The burst generator in Fig. 1 continuously generates burst pulses of different amplitudes. The amplitude is statistically evenly distributed. The steepness of the burst pulses can be switched using a toggle switch 1.

Der Optische Empfänger ist mittels Anschluß 4 über 2,2 mm Plast- Lichtwellenleiter mit einem EMV-Sensor verbunden.
Das empfangene Signal wird an der LED SIGNAL 2 angezeigt. Zu kurze und deshalb nicht sichtbare Impulse werden gedehnt und sind an der LED SPIKE 3 erkennbar. Der Optische Empfänger ist intern mit dem Frequenzzähler verbunden.The optical receiver is connected to an EMC sensor via connection 4 via 2.2 mm plastic optical fiber.
The received signal is displayed on the SIGNAL 2 LED. Pulses that are too short and therefore not visible are stretched and can be identified by the SPIKE 3 LED. The optical receiver is internally connected to the frequency counter.

Der Frequenzzähler erfaßt die Burstirapulse, die die Störschwelle des Sensors in der Meßanordnung überschreiten
und als Lichtsignal den Optischen Empfänger erreichen. Je niedriger die Störschwelle liegt, um so mehr Zählimpulse
werden erzeugt, und um so höher ist das Zählergebnis. Der Zahlenwert ist umgekehrt proportional der elektromagnetischen Verträglichkeit der Meßanordnung.The frequency counter detects the burst pulses that exceed the interference threshold of the sensor in the measuring arrangement
and reach the optical receiver as a light signal. The lower the interference threshold, the more counting pulses
are generated, and the higher the counting result. The numerical value is inversely proportional to the electromagnetic compatibility of the measuring arrangement.

Die Hilfsenergie wird mittels Steckernetzteil 12 Volt DC, 800 mA bereitgestellt, die Anzeige ist 6-stellig, Meßzeit und Meßzyklus betragen 1 Sekunde.The auxiliary power is provided by a plug-in power supply unit 12 Volt DC, 800 mA, the display is 6-digit, measuring time and measuring cycle are 1 second.

Die in Fig. 2 dargestellte Induktionsschleife 5 dient der Untersuchung der magnetischen Komponente in Schaltungen
und Schaltungsmodellen. Die Schleife wird über zwei Kabel (0,64 mm Buchse) mit dem Schaltungsmodell bzw. einem EMV-Sensor verbunden.The induction loop 5 shown in Fig. 2 is used to investigate the magnetic component in circuits
and circuit models. The loop is connected to the circuit model or an EMC sensor via two cables (0.64 mm socket).

Fig. 3 zeigt die analog zur Induktionsschleife einzusetzende Magnetfeldsonde. Sie ist aus einer Induktionsschlei-Fig. 3 shows the magnetic field probe that can be used analogously to the induction loop. It is made of an induction loop

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fe 5, einem optischen Sender 6 und einem Plastlichtwellenleiter 7 aufgebaut.fe 5, an optical transmitter 6 and a plastic optical waveguide 7.

Der Lichtwellenleiter 7 der Sonde wird mit dem optischen Empfänger des Burstgenerators verbunden. Der Zähler des Gerätes ermittelt die Impulsdichte des von der Sonde aufgenommenen Magnetfeldes. Der Störstrom zum Aufbau eines entsprechenden Magnetfeldes wird vom Burstgenerator erzeugt. The optical fiber 7 of the probe is connected to the optical receiver of the burst generator. The device's counter determines the pulse density of the magnetic field picked up by the probe. The interference current for building up a corresponding magnetic field is generated by the burst generator.

In der angegebenen Schaltung nach 3b und 3c ist als Stoßspannungsbegrenzer eine schnelle Diode (Trans-Zorb) parallel geschaltet.In the circuit shown in 3b and 3c, a fast diode (Trans-Zorb) is connected in parallel as a surge voltage limiter.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen Ausführungsvarianten von Schaltungsmodellen. Das Schaltungsmodell U nach Fig. 4 ist für einfache Untersuchungen der elektrischen und magnetischen Beeinflussungskomponenten vorgesehen. Als Einkoppelstrukturen werden Leitungen mit 0,64 mm Buchse oder eine Induktionsschleife 5 angeschlossen.Figures 4 to 7 show design variants of circuit models. The circuit model U according to Fig. 4 is intended for simple investigations of the electrical and magnetic influencing components. Cables with 0.64 mm sockets or an induction loop 5 are connected as coupling structures.

Die Stromversorgung erfolgt für alle Schaltungsmodelle mit den Stromversorgungsbaustein 16, s. auch Fig. 10.The power supply for all circuit models is provided by the power supply module 16, see also Fig. 10.

Mit dem Schaltungsraodel1 M in Fig. 5 werden magnetisch wirksame öffnungen 11 in GND-Flächen 8 untersucht. Die Abdeckung der öffnung 11 erfolgt mit einer oder mit zwei geschlossenen GND-Flächen 18, die von einer Seite oder beidseitig eingeschoben werden.The circuit wheel 1 M in Fig. 5 is used to examine magnetically effective openings 11 in GND surfaces 8. The opening 11 is covered with one or two closed GND surfaces 18, which are inserted from one side or both sides.

Mit dem Schaltungsmodell K in Fig. 6 lassen sich universelle Untersuchungen der elektrischen, magnetischen und induktiven Beeinflussungskomponenten sowie der EMV-Eigenschaften von IC 9 durchführen.The circuit model K in Fig. 6 can be used to carry out universal investigations of the electrical, magnetic and inductive influence components as well as the EMC properties of IC 9.

Ein EMV-Sensor 10 kann direkt neben oder über einem IC angeschlossen werden. Die Herstellung variabler GND-Ver-An EMC sensor 10 can be connected directly next to or above an IC. The production of variable GND connections

hältnisse erfolgt durch Einschieben speziell gestalteter GND-Flächen 18, s. auch Fig. 8.ratios is achieved by inserting specially designed GND surfaces 18, see also Fig. 8.

Fig. 9 zeigt das Schaltungsmodell I, es wird verwendet zur Demonstration der induktiven Beeinflussungskomponente. Wesentliche Merkmale sind der 20 mm breite GND-Leiterzug 8, in den Störstrom eingespeist wird, und der auf diesem Leiterzug gleitende Schleifer 12 zum Abgreifen von Längsspannungen .Fig. 9 shows the circuit model I, which is used to demonstrate the inductive influence component. The main features are the 20 mm wide GND conductor 8, into which interference current is fed, and the wiper 12 sliding on this conductor for tapping longitudinal voltages .

Die Verbindung mit dem Stromversorgungsbaustein 16 erfolgt durch einen direkten Steckverbinder 15.The connection to the power supply module 16 is made via a direct connector 15.

Fig. 8 veranschaulicht eine Auswahl von GND-Flächen 18 mit geometrisch unterschiedlich gestalteten Strukturen. Alle GND-Flächen haben die zum Einschub, beispielsweise in das Schaltungsmodell K in Fig. 6, erforderlichen gleichen Rastermaße und verfügen beidseitig über Gleitschienen 17.Fig. 8 illustrates a selection of GND surfaces 18 with geometrically different structures. All GND surfaces have the same grid dimensions required for insertion, for example into the circuit model K in Fig. 6, and have slide rails 17 on both sides.

Die einzelnen Strukturen der aufgebrachten GND-Rasterlinien ermöglichen für die elektrische, magnetische, und induktive Komponente die Simulation unterschiedlicher Beeinflussungsverhältnisse. Dazu sind beispielsweise Leiterbahnen quer und/oder längs zur Feldrichtung der elektrischen und magnetischen Komponente angeordnet und der diese Stukturen durchfließende Störstrom wird dadurch für diese konkreten Verhältnisse auswertbar, d.h. die Auswirkungen auf die jeweilige Schaltungen können meßtechnisch erfaßt werden.The individual structures of the applied GND grid lines enable the simulation of different influence conditions for the electrical, magnetic and inductive components. For example, conductor tracks are arranged transversely and/or lengthwise to the field direction of the electrical and magnetic components and the interference current flowing through these structures can thus be evaluated for these specific conditions, i.e. the effects on the respective circuits can be measured.

Das Schnittstellenmodell SM nach Fig. 9 ist für die EMV-Dimensionierung von Signaleingängen an Schnittstellen konzipiert. Schnittstellenschaltungen werden durch Aufstecken von Bauelementen 13, beispielsweise Trans-Zorb, Varistoren, Kondensatoren, Widerstände oder durch Zuschal-The interface model SM according to Fig. 9 is designed for the EMC dimensioning of signal inputs at interfaces. Interface circuits are created by plugging in components 13, for example Trans-Zorb, varistors, capacitors, resistors or by connecting

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ten derartiger interner Bauelemente über DIL-Schalter realisiert.of such internal components is implemented via DIL switches.

Die Einstellung der erforderlichen IC-Empfindlichkeit erfolgt durch Aufstecken entsprechender EMV-Sensoren oder spezieller Bauelemente 14 (IC, Optokoppler usw.) auf einen (bis 16poligen) IC-Adapter.The required IC sensitivity is set by plugging appropriate EMC sensors or special components 14 (IC, optocoupler, etc.) onto an IC adapter (up to 16-pin).

Die Schaltungsteile mit den Eingängen E1/E2 sind für Untersuchungen schneller, energiearmer Störgrößen (Burst) vorgesehen, und die Schaltungsteile mit den Eingängen E3/E4 sind für die Untersuchung energiereicher Störgrößen (Blitz 1,2/50; 8/20) geeignet. Die Eingänge E1/E2 sind über die Buchsenleiste eines direkten Steckverbinders mit weiteren Schaltungsmodellen verbindbar.The circuit parts with the inputs E1/E2 are intended for investigating fast, low-energy disturbances (bursts), and the circuit parts with the inputs E3/E4 are suitable for investigating high-energy disturbances (flash 1.2/50; 8/20). The inputs E1/E2 can be connected to other circuit models via the socket strip of a direct connector.

Die Hilfsenergieversorgung erfolgt über einen direkten Steckverbinder 15 aus dem Stromversorgungsbaustein 16 nach Fig. 10.The auxiliary power supply is provided via a direct connector 15 from the power supply module 16 according to Fig. 10.

Der Stromversorgungsbaustein nach Fig. 10 gewährleistet die galvanisch getrennte 5 V-Spannungsversorgung von EMV-Sensoren. The power supply module shown in Fig. 10 ensures the galvanically isolated 5 V power supply of EMC sensors.

Die Verbindung mit einem Schaltungsmodell erfolgt wiederum mittels direktem Steckverbinder 15, über den die GND-Fläche, je zwei Sensoreingänge und Vcc-Verbindungen geführt sind.The connection to a circuit model is again made via direct connector 15, via which the GND area, two sensor inputs and Vcc connections are routed.

Die Hilfsenergie wird von einer 9 V Block-Batterie entnommen. The auxiliary power is taken from a 9 V block battery.

Weitere Merkmale der Stromversorgungseinheit sind die LED-Anzeige für Vcc (5 Volt), ein Prüf taster für Batteriezustand, Steckplätze für zwei EMV-Sensoren, Steckbrücken für Verbindungen zum direkten Steckverbinder (Sensoreingänge und Vcc), eine Feinsicherung für Latch-up-Schutz bei Vcc Fremdeinspeisung und das Vorhandensein von 4 mm- undOther features of the power supply unit are the LED display for Vcc (5 volts), a test button for battery status, slots for two EMC sensors, jumpers for connections to the direct connector (sensor inputs and Vcc), a fine-wire fuse for latch-up protection in the event of Vcc external power supply and the presence of 4 mm and

mm Buchse sowie 0,64 mm Stifte für den Störgeneratoranschluß .mm socket and 0.64 mm pins for the interference generator connection.

Der quarzstabilisierte Signalgenerator nach Fig. 11 wird auf den erfindungsgemäßen Schaltungsmodellen aufgesteckt. Seine Frequenz ist in 16 Stufen zwischen 1 MHZ und 0,05 HZ verstellbar. Sein Tastverhältnis ist 1 : 1, er besitzt einen TTL-Ausgang und die Frequenzanzeige erfolgt mittels LED.The quartz-stabilized signal generator according to Fig. 11 is plugged onto the circuit models according to the invention. Its frequency can be adjusted in 16 steps between 1 MHz and 0.05 HZ. Its duty cycle is 1:1, it has a TTL output and the frequency is displayed using an LED.

Claims

Protection claims

1. Measurement and experimental system for recording and evaluating the EMC behavior of electrical circuits or devices,

characterized in that the following modules or functional modules are linked in the measuring and experimental system in a target-related manner to generate concrete influencing situations

- Burst generator/counter,

- Induction loop (5) or magnetic field probe (5, 6, 7),

- Circuit model U for investigating the electrical and magnetic influencing components,

- Circuit model M for investigating magnetically effective openings (11) in GND surfaces (8),

- Circuit model K for universal investigations of the electrical, magnetic and inductive influence components and the EMC properties of IC (9),

- GND surfaces (18) for insertion into the circuit models provided,

- Circuit model I for the realization of the inductive influence component,

- Interface model SM for EMC dimensioning of signal inputs at interfaces,

- Power supply module for galvanically isolated 5 V power supply of EMC sensors,

- quartz-stabilized signal generator for plugging into the circuit models used.

2. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that the burst generator/counter

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The three individual functions required for the pulse density method - burst generator, optical receiver and frequency counter - are included in one device, whereby the steepness of the burst pulses is adjustable, the optical receiver is connected via an optical fiber to an EMC sensor and internally to the frequency counter.

3. Measuring and experimental system according to claim 2, characterized in that the signal received by the optical receiver (4) is applied to a SIGNAL LED (2) and a SPIKE LED (3) is provided to display pulses that are too short and therefore not visible after they have been stretched.

4. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that the magnetic field probe consists of an induction loop (5), an optical transmitter (6) and an optical waveguide (7).

5. Measuring and experimental system according to claim 4, characterized in that fast diodes and additional capacitors and resistors can be provided in series or parallel to the optical transmitter (6) for pulse extension.

6. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that in the circuit model U, lines or the induction loop (5) are connected as coupling structures.

7. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that in the circuit model M, two GND surfaces (18) of a predetermined geometry are used to cover the opening (11) located in the circuit model.

8. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that in the circuit model K, different influencing conditions for the signal connection are simulated by inserting different GND surfaces (18) between two ICs (9), the ICs having certain input and output properties and being pluggable onto sockets and an EMC sensor (10) being connected directly next to or above an IC.

9. Measuring and experimental system according to claim 1 and 8, characterized in that certain geometric GND structures are realized on the GND surfaces (18) of the same grid.

10. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that in circuit model I there is a GND conductor (8) which is subjected to interference current and from which longitudinal voltages can be tapped by means of a wiper (12) and a signal conductor connected to it.

11. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that in the interface model SM for the construction of interface circuits components (13),

such as Tfans-Zorb, varistors, capacitors, resistors etc. can be plugged on or are specified by connecting internal components, whereby the required IC sensitivity can be set by plugging in corresponding EMC sensors (10) or special components (14), such as IC, optocouplers, etc. on an IC adapter.

12. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that the connection of the power supply module with a circuit model is made via a direct connector (15) via which at least the GND surface and connections for the supply voltage are routed.

13. Measuring and experimental system according to claim 12, characterized in that at least one sensor (10) with the associated connections is additionally provided on the power supply module (16), the input of the sensor being guided via the direct connector (15).

14. Measuring and experimental system according to claim 1, characterized in that the quartz-stabilized signal generator for feeding in logic signals is adjustable in its frequency in preferably 16 steps.