Seit es für mich als Hobbybastler einfach geworden ist, komplexe mehrlagige Boards zu bauen und bei den ICs die Flankensteilheit der Signale in den nanosekunden-Bereich geht, mache ich mir mittlerweile doch Gedanken um Signalintegrität und EMV. Aber mehr als ein wenig Halbwissen, was ich mir aus Blogs und Rick Hartley Videos zusammenpuzzle hab ich eigentlich nicht zur Verfügung. Was ich so aufschnappe deutet immer wieder auf: Um Messen und Simulieren kommt man heute nicht mehr herum. Außerhalb des Profibereichs, wo für mich unrealistische Kosten entstehen würden, finde ich nichts. Meine Werkzeuge aktuell sind KiCad und ein Billigoszi. Z.B. einen Spektrum Analyzer will ich mir eigentlich nicht unbedingt leisten. Gibt es Möglichkeiten auch mit schmalem Geldbeutel und ein bisschen Bastelfreude zumindest mal die schlimmsten Designkatastrophen empirisch zu erkennen? Ist z.B. openEMS was brauchbares? Zur Integration mit KiCad scheint es da Ansätze zu geben. Es sieht aber irgendwie noch unreif aus. Lohnt es sich, das Zeit zu investieren?
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Gibt ja schon einige Möglichkeiten, sich selber EMV-Messequipment zu bauen (LISN, Scanner, etc.). Das ist alles nicht kalibriert oder zertifiziert, aber für Besser/Schlechter Messungen kann es ausreichen und vor allem lehrreich sein.
Vergess die moeglichkeit nicht um verschiedene sachen im embedded software zu machen. Ich habe im embedded software zB eine logging wie oft es nicht-geplante resets gibt (mit ursache wie Watchdog). Koennen Software problemen sein aber auch oft Hardware Problemen. Auch werden die errors/retries im kommunikation und ADC-noise sowie ADC-referenzkanal messung mitgenommen. So wird im testen auch gemessen wieviel die noise mehr wird waehrend dem Senden oder der unterschied wenn mann extra ferrites oder zB USB isolator benutzt. So kann man waehrend die development und testen schon eine gute idee bekommen was da alles passiert was man nicht weisz. Und beim officiellen EMV test (die wir extern machen) kann man viel schneller die ursache von Problemen finden. Wenn moeglich versuche mal mit zu gehen bei einer EMV test, da lernt mann viel. Patrick aus die Niederlande
Signalintegrität und EMV sind 2 paar Stiefel. Für Signalintegrität brauchst du ein schnelles Oszi mit passenden Tastköpfen und evtl Analysesoftware. Damit kannst du bei EMV wenig anfangen.
Die Hauptfrage ist, ob Deine Schaltungen überhaupt sauschnell oder sauempfindlich sind oder sehr viel Leistung takten müssen. Z.B. für eine Eieruhr oder einen MP3-Player mußt Du keinen riesen Aufwand treiben, um sie durch die CE-Prüfung zu kriegen.
Peter D. schrieb: > um sie durch die CE-Prüfung zu kriegen Es gibt KEINE CE-Prüfung! CE is ein Zeichen, dass der Hersteller vergibt, nachdem er Prüfungen anhand der geforderten Normen durchgeführt hat! Welche Normen gefordert sind kommt darauf an, in welchen Märkten/Ländern verkauft werden soll. Bzgl. EMV-Fehlersuche kann ich folgende Videos und Co. empfehlen https://www.youtube.com/watch?v=Lf51sx6sC0I https://www.youtube.com/watch?v=ERvQeln9l-g
Rud Korl schrieb: > Gibt es Möglichkeiten auch mit schmalem Geldbeutel und ein bisschen > Bastelfreude zumindest mal die schlimmsten Designkatastrophen empirisch > zu erkennen? 1. Kauf dir einen durchstimmbaren Weltempfänger. Damit kannst du sicherstellen, dass du den Funkempfang nicht störst. 2. Bei leitungsgebundenen 230V Störungen hilft ein fertiges Leitungsfilter, um die grössten Sauereien (Schaltnetzteil) abzufangen. 3. Bei allen I/O Leitungen einen L-C Filter vorsehen. Der L ist eine Ferrit-Perle um die 0.5uH - 10uH sein, der C im Bereich 100p - 1n, das auf einen ruhigen GND geht (Gehäuse wenn Metall). 4. Sicherstellen, dass alle Schirmungen (USB, Ethernet, Gehäuse) an einem elektrisch ruhigen Schaltungspunkt angeschlossen sind, also nicht in der Nähe von einem Clock oder uC - wo der GND herumwackelt. Gruss, Udo
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Und nicht zu vergessen - wie machens die anderen? Das innere von guten Messgeräten oder das Design von Leiterplatten bei hochwertigen HF Geräten kann immer gute Hinweise geben.
Matthias S. schrieb: > Und nicht zu vergessen - wie machens die anderen? Oder wie macht(e) man es selber erfolgreich? Nachdem wir das erste Gerät nach einigen mühseligen Anläufen erfolgreich durch den EMV-Test gebracht hatten, haben wir mit diesem Knowhow weitere, ähnliche Geräte hinsichtlich EMV designt. Viele Maßnahmen sind Standard: Layout, Abblocken der I/O-Leitungen oder der Versorgung, usw. Wenn man die Störungen nicht selber meßtechnisch erfassen kann, muß man sie durch clevere, empirische Maßnahmen eliminieren oder zumindest minimieren. Ich war im EMV-Labor oft bei den Messungen dabei - war sehr lehrreich und gute Tipps gab es auch.
Moin, huhu schrieb: > Signalintegrität und EMV sind 2 paar Stiefel. Für Signalintegrität > brauchst du ein schnelles Oszi mit passenden Tastköpfen und evtl > Analysesoftware. Damit kannst du bei EMV wenig anfangen. Nee, so 2 paar Stiefel sind das nicht. Eher 1 Paar. Beides gehoert zusammen. Wenn eine Leitung zwischen 2 HiSpeed Komponenten nix abstrahlt, geht zwangslaeufig die gesamte Energie vom Sender an den Empfaenger. Also ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass das Signal am Empfaenger auch noch gut aussieht. Wenn die Leitung ordentlich abstrahlt, weil sie irgendwie kacke designt ist, dann kommt am Empfaenger auch automatisch weniger an, d.h. das Signal ist auch schlechter. Gruss WK
Wie willst du da Messungen durchführen? Die Flankensteilheit liegt mittlerweile im psec bereich. Nach der Fausregel Bandbreite = 0.35/Rise Time = 0.35/150psec = 2,3GHz. Das bräuchtest du um die Signalflanken überhaupt vernünftig anzuzeigen, denn die werden ja durch die Leitungen auch abgerundet (Tiefpass). Da bist du dann halt bei ca. 10k€ für solch ein Oszi. Für Hobbyisten eigentlich unerschwinglich.
SYS_CLK schrieb: > Die Flankensteilheit liegt > mittlerweile im psec bereich. Ist Rud Korl nun SYS_CLK oder ist das ein völlig anderes Projekt? Es bringt nur Verwirrung, wenn mehrere durcheinander quatschen.
Wie siehts mit AM-Radios als Störempfänger aus? Evtl. sogar mit Pegelanzeige. Lustigerweise hat mein billig Multimeter mir die Flankensteilheit eines 1kW buck Konverters detektiert. Man brauchte nur das Plus-Kabel anschliessen. Der Rest kam über die Luft.
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Rud Korl schrieb: > Gibt es Möglichkeiten auch mit schmalem Geldbeutel und ein bisschen > Bastelfreude zumindest mal die schlimmsten Designkatastrophen empirisch > zu erkennen? Bedenke mal, daß Erfahrung keine Handelsware ist. Durch Betrachten des eigenen Zeuges und Gedanken daran, wie und wo dort Ströme und deren Rückkehr fließen könnten, kannst du dir schon mal einiges an Design-Katastrophen ersparen. Kostet kein Geld, nur eigenes Nachdenken. Wenn du allerdings meinst, daß du mit irgendwelchen Programmen o.ä. dir das eigene Erfahren ersparen kannst, dann geht das in die Hose. Sowas kann zum Bestätigen (oder eben nicht) dienen, aber möglichst gut machen mußt du es schon selbst. Dergute W. schrieb: > Wenn eine Leitung zwischen 2 HiSpeed Komponenten nix > abstrahlt, geht zwangslaeufig die gesamte Energie vom Sender an den > Empfaenger. Das siehst du aus etwas zu großem Abstand. Wenn ein schnelles Signal an einen Impedanzsprung auf der Leitung kommt, gibt es Reflexionen und die müssen nicht zwangsläufig abstrahlen. Dennoch kann sowas den Signalfluß deutlich verderben. Ich geb dir mal ein Beispiel: Oszillografiere mal den Ausgang eines AD8000 direkt mit der Tastspitze an der Ausgangsleitung. In 99% der Fälle kannst du dann eine von deinem Tastkopf verursachte Schwingung beträchtlichen Ausmaßes sehen. Wenn du dann zwischen Tastspitze und Leitung einen kleinen Widerstand (47..100 Ohm) setzt, ist alles gut. Sagt dir das etwas? W.S.
SYS_CLK schrieb: > Wie willst du da Messungen durchführen? Die Flankensteilheit liegt > mittlerweile im psec bereich. Nach der Fausregel Bandbreite = 0.35/Rise > Time = 0.35/150psec = 2,3GHz. Das bräuchtest du um die Signalflanken > überhaupt vernünftig anzuzeigen, denn die werden ja durch die Leitungen > auch abgerundet (Tiefpass). Da bist du dann halt bei ca. 10k€ für solch > ein Oszi. Für Hobbyisten eigentlich unerschwinglich. ich glaube nicht, dass der OT die Flankensteilheit messen will, sondern die abgestrahlte Energie auf (über/unter/in) der Platine/Groundplane, die gerade bei hoher Steilheit zu Problemen führen kann, wenn das Design schlecht ist.
Vlt. nach einem gebrauchten Spektrumanalyser schaun oder ein Scope mit FFT kaufen. Für EMV brauchts einen Spektrumanalyser :)
Um einen Einstieg in das Thema EMV zu bekommen halte ich es nicht für besonders zweckmäßig sich gleich schon mit einem 3D Field Solver zu befassen. Auch wenn openEMS natürlich eine coole Sache ist. Erstmal heißt es Know-How aufbauen. Das Netz ist voller nützlicher und kostenloser Informationen. Mal eine (unvollständige) Auswahl an Personen, von denen es z.B. auf youtube guten Content gibt: - Rick Hartley - Eric Bogatin - Dan Beaker - Lee Ritchey - Susy Webb - Todd Hubing Ansonsten bekommt man halt nach wie vor mit Büchern viel Wissen fürs Geld. Hier eine (wieder unvollständige) Liste mit Büchern, die ich empfehlen kann: - Henry Ott: Electromagnetic Compatibility Engineering - Eric Bogatin: Signal and Power Integrity - Simplified - Ralph Morrison: Fast Circuit Boards - Johnson/Graham: High-Speed Digital Design Bei der Messtechnik ist man leider auch mit günstigem Pre-Compliance Equippment schnell bei mehreren Tausend Euro. Was man aber für den Einstieg machen kann ist mit einer Nahfeld-Sonde und einem Oszi mit FFT einfach mal zu schauen was so im Frequenzbereich los ist. Passable Nahfeld-Sonden kann man sich auch ganz gut selbst basteln. Die "schlimmsten Designkatastrophen" kann man auf jeden Fall mit Wissen vermeiden. Dafür muss man keinen einzigen Euro für Messtechnik und/oder Simulationssoftware ausgeben.
W.S. schrieb: > Wenn du allerdings meinst, daß du mit irgendwelchen Programmen o.ä. dir > das eigene Erfahren ersparen kannst, dann geht das in die Hose. Sowas > kann zum Bestätigen (oder eben nicht) dienen, aber möglichst gut machen > mußt du es schon selbst. Das ist selbst mir als Quasi-Laie klar. Gerade als solcher traue ich meinem eigenen Urteil in dem Bereich nicht besonders und würde mich gerne von zwei (oder mehr) Seiten dem Thema nähern. Es geht mir auch nicht darum, einen EMV-Test zu bestehen oder Hardware für andere, geschweige denn für einen Markt herstellen. Nur lernen, experimentieren, basteln und mir nicht unnötigen Ärger durch mieses Design machen. Über Material von Rick Hartley (auch hier schon erwähnt) oder z.B. diverse Interviews des Youtube-Kanals von Altium ergibt sich für mich das Bild, dass neben dem Verständnis der Grundlagen, dem Überwinden von Mythen (die früher vlt. mal richtig waren, dem technischen Stand aber nicht mehr angemessen sind) man letztlich doch nicht am Messen und Simulieren vorbeikommt. Ich kann solche Annahmen natürlich nicht beurteilen. Auch die Aussage von Experten, dass diese regelmäßig konsultiert würden, weil Designs der Kollegen einer EMV-Prüfung oder anderen Kriterien nicht standhalten, interpretiere ich so, dass es auch für den Profi kein Einfaches ist, Wissen und Designregeln richtig anzuwenden. Ist doch dann kein Wunder, dass ich erstmal davon ausgehe, dass ich das Erlernte nicht richtig verstanden habe und einen empirischen Check machen will, oder?
Bernd K. schrieb: > Wie siehts mit AM-Radios als Störempfänger aus? Evtl. sogar mit > Pegelanzeige. Bei Störungen im GHz-Bereich?
P. S. schrieb: > Die "schlimmsten Designkatastrophen" kann man auf jeden Fall mit Wissen > vermeiden. +1 Die Messung beweist nur das meine Maßnahmen erfolgreich waren oder wo ich weiter optimieren muss. Vorher muss ich aber verstanden haben was EMI verursacht, welche Arten von Störungen es gibt und was ich dagegen tue. Immer an der Quelle entstören und an der Ausbreitung hindern. Die Netzfilter sind nur der Letze Teil der Entstörung und oft nicht der wirksamste. P. S. schrieb: > mit einer Nahfeld-Sonde und einem Oszi mit FFT > einfach mal zu schauen was so im Frequenzbereich los ist. Da sieht man dann irgendwas in irgendeiner Höhe, aber ohne jeden Bezug zu einer Labormessung. Wenn man die Störaussendung normgerecht gemessen hat und weiß in welchem Bereich man Überschreitungen hat, sind Nahfeldsonden einen gute Möglichkeit den Störer zu identifizieren. Viel mehr können die m.E. nicht. Ich messe Leitungsgebunden EMV mit selbstbau LISN, Messplatz mit Kupferplatte, Stromwandler und Siglent SSA. Alles zusammen keine 2K€ und sehr viel Zeit. Meine Messwerte stimmen in der Größenordnung mit den Labormessungen überein. Schon wenn man die Kabel vom DUT zum LISN anders verlegt als in der Messvorschrift, kann man völlig andere Werte bekommen. Man kann das alles für kleines Geld selbst bauen und auch mit einen 0815 China handheld Speki erstaunlich gute Messungen hinbekommen. Wenn ich nicht mindestens 5dB unter dem Grenzwert bin, brauche ich nicht ins Labor zu gehen. Fürs Hobby nicht notwendig, ausser es ist Teil des Hobbys. EMI und Gegenmaßnahmen verstehen und einplanen ist schon die halbe Miete.
Max M. schrieb: > Ich messe Leitungsgebunden EMV mit selbstbau LISN, Messplatz mit > Kupferplatte, Stromwandler und Siglent SSA. Alles zusammen keine 2K€ und > sehr viel Zeit. > Meine Messwerte stimmen in der Größenordnung mit den Labormessungen > überein. > Schon wenn man die Kabel vom DUT zum LISN anders verlegt als in der > Messvorschrift, kann man völlig andere Werte bekommen. Kann das von Max gesagtge unterstreichen. Bei mir ganz ähnlich, nur ein Rigol DSA815TG, LISN-Mate Nachbau von WE, erlaubt getrennte Beurteilung von Common und Differential Mode. Aber ich empfehle auch ausdrücklich den nanoVNA und tinySA. Habe zunächst den nanoVNA als billigen Clone für 18€ in China bestellt, etwas herumgespielt, dann aber (zur Sicherheit) denselben nochmal bei eleshop.eu bestellt, von denen wurde bestätigt, daß sie Originale verkaufen. Naja, die beiden geben sich nicht viel. Mit den beiden läßt sich einiges erreichen, lernen, basteln von Nahfeldsonden, beurteilen von Antennen. Dazu ein billiger RF-Amp für ein paar €. Wie Max schon schrieb, qualitativ läßt sich eine Maßnahme damit gut beurteilen. Und seit ich mich (nach vielen Jahren, endlich!) mal mit HF und EMV befasse, macht das Thema sogar richtig Spaß. Habe mich damit in der Firma zu dem "Experten" (der einäugige unter den Blinden) herausgearbeitet....
Gunnar F. schrieb: > LISN-Mate Nachbau von WE Der interessiert mich. Getrennte CM DM Beurteilung ist doch recht hilfreich. Ich finde nur den tekbox LISN Mate. Hast Du da Unterlagen für mich oder einen Link? Gunnar F. schrieb: > einäugige unter den Blinden Ich denke mehr ist bei EMV kaum zu erreichen. Die Momente an denen mir recht klar ist was passiert und die an denen ich mich nur noch durch Versuch, Irrtum, Nahfeldsonde und begründete Vermutung langsam einer Lösung entgegenstümper, wechseln sich ab.
Sehe ich ebenso. In meinem EMV-Werkzeugkasten befanden sich immer auch ein paar Vitroperm-Toroide als äußerst wirkungsvolle Gleichtaktdrosseln für alle möglichen Anschlußkabel und eine Mantelstromsonde (in Verbindung mit dem Rigol Specci)
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Max M. schrieb: > Der interessiert mich. Nach Recherche fand ich darüber eine Patentanmeldung, in der das Prinzip beschrieben ist. Habe den auf einer Platine mit zwei Stück Würth Elektronik WE744223_500uH_CM line filter realisiert. Was ich an der Sache noch nicht verstanden habe, sind die Abschlußwiderstände. Ich denke doch, beide Ausgängen CM und DM werden ihrerseits mit 5oR abgeschlossen. Dann verstehe ich das Design nicht recht. Habe es aber auch in LTSPice simuliert, funktionier i.O.
Max M. schrieb: > Getrennte CM DM Beurteilung ist doch recht hilfreich. > Ich finde nur den tekbox LISN Mate. Dafür nimmt man zwei LISN und hängt da einen Combiner oder einen 180°-Combiner dran: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/separating-common-mode-and-differential-mode-emissions-in-conducted-emissions-testing.html
Olmotron schrieb: > Bei Störungen im GHz-Bereich? Naja, wenn er Nutzsignale im GHz Bereich hat, dann wird er sowieso schon entsprechende Messtechnik und auch entsprechendes Know-How besitzen. Wenn die Störungen im GHz Bereich von irgendwelchen Oberwellen niederfrequenzer Rechtecksignale herrühren, dann wird er diese auch mit dem AM-Radio erwischen. Stichwort: Lattenzaun https://www.qrpforum.de/index.php?attachment/9836-lattenzaun-jpg/ Wenn Signale auf Leitungen nicht die vorhandene Flankensteilheit benötigen, kann man direkt an der Quelle auch einen kleinen Widerstand in Reihe schalten. Und um die Energie der Störsignale zu verschmieren, benutzt man spread spectrum. Ein Jitter im Takt, mit dem man schmale, hohe Peaks in breite, flache Häufchen verwandelt. Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: > Und um die Energie der Störsignale zu verschmieren, benutzt man spread > spectrum. Kann bis zu 10dB bringen. Mit Pseudo Random, sonst weniger und abhängig davon wie weit man spreizt und mit welcher Frequenz. Jobst M. schrieb: > diese auch mit > dem AM-Radio erwischen. Nett, aber das sagt eben wenig darüber aus wie weit man über oder unter dem Grenzwert ist den man einzuhalten hat. Ist auch wirklich schwer die eine unbekannte Störung zu finden in einem saumäßig großem Frequenzband. SDR + Wasserfall könnte da hilfreich sein. Ich habe das Audio eines von mir gebauten Class-D im UKW Radio auf ca 100MHz hören können, wegen dem Ringing an den internen Mosfet Stufen. Aber erst als ich aus dem EMI Labor wusste wo ich suchen muss und erst als ich die Werte hatte, wusste ich das ich 10dB rausholen muss bevor ich mich da erneut hintrauen kann. Erst dann wurde ein vergleichende Messung mit Nahfeldsonde möglich, bei der nicht der absolute Wert zählte sondern nur noch '10dB weniger als vorher'.
Max M. schrieb: > Nett, aber das sagt eben wenig darüber aus wie weit man über oder unter > dem Grenzwert ist den man einzuhalten hat. Das stimmt. Es ging dabei ja auch nur darum, etwas zu detektieren, nicht eine Messung zu machen. Max M. schrieb: > SDR + Wasserfall könnte da hilfreich sein. Natürlich! Hätte ich auch drauf kommen können. Das ist natürlich wesentlich besser geeignet, da man hier sogar sehen kann, ob man etwas verbessert hat. Edit: Also Tip an den TO: RTL TV Stick mit RTL2832 und R820T2 besorgen und HDSDR (windows) oder gqrx (Linux) installieren. gqrx läuft hier auch auf dem RPi :-) Gruß Jobst
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