EMV-Abstrahlung durch Serienwiderstände verrringern?

Normalerweise nimmt man Spulen (Ferrite).

Ob nötig oder unnötig sagt dir eine EMV-Abstrahl-Messung.

Serienterminierung wird durchaus so gemacht, meist aber bei höheren 
Frequenzen. Falls nötig, gibt es Ferrit-Dämpfungsperlen in der Bauform 
von SMD-Widerständen (z.B. 1206).

Gibt es sowas auch als Array?

Uwe N. schrieb:
> Deine Variante ist aber bei Bi-Direktionalen Signalen nicht gut.

In wie fern nicht gut?

Uwe N. schrieb:
> Was für Schaltzeiten hat dein "Problem-IC" ?

Ich habe eigentlich aktuell kein Problem-IC...das ist mehr so eine 
grundsätzliche Frage. Also die Kommunikation würde auch mit 1.8432MHz 
stattfinden.

Ich dachte, wenn ich jetzt in jede Datenleitung inkl. Clock einen 
Serienwiderstand hänge, dann macht das evtl. schon was aus.

Aber sind Ferrite besser? Ich hatte nur diese recht kleinen R-Arrays 
gesehen...die hätten sich da so angeboten.

Ja also einen Bus habe ich nicht. Ganz normal MISO MOSI und CLK.

Serienterminierung ist aber was anderes als EMV Flankenbegrenzung.

Serienterminierung muss zur Impedanz der Leitung passen und verhindert 
Reflektionen und damit Fehlfunktion der Schaltung.

MaWin schrieb:
> Serienterminierung ist aber was anderes als EMV Flankenbegrenzung.

Aso, ja OK, klar. Also ich habe KEINEN Bus (nur einen normalen 
PKW..haha, haben wir gelacht!!!) Nee, also ich dachte halt nur an die 
Schaltflanken, die evtl. ausstrahlen.

Ich hatte vor Jahren mal ein EMV-Problem, das durch SMD-Ferrite in Serie 
gelöst wurde. Ich glaube auch wir hatten auch noch ein Widerstand in 
Reihe und ein C gegen Masse. Das war allerdings auf TTL-Leitungen, also 
nur unidirektional.
Wie meine Vorredner schon gesagt hatten ist das Problem nicht die 
Frequenz des Signals sondern die Flanken.

tom

OK, und um jetzt einfach mal präventiv vorzubeugen? Was würdet ihr mir 
empfehlen? Ferrite in Serie? Mit welcher Impedanz?

Sorry, aber ich bin da noch nicht so bewandert - kam mir nur in den 
Sinn.

Sebastian schrieb:
> Serienterminierung wird durchaus so gemacht, meist aber bei höheren
> Frequenzen.

Das hat nichts mit der Frequenz zu tun, nur mit der Steilheit der 
Flanken (= eingesetzte Technologie) und der Leitungslänge!

Uwe N. schrieb:
> Klassischerweise setzt man Serienterminierungen am Ende der
> Signalleitung.
Quatsch. Natürlich am Anfang! Andere Terminierungsarten (Thevenin) 
werden am Ende eingesetzt, belasten aber die Quelle (HIGH- und LOW-Pegel 
werden kaum noch erreicht, Stromverbrauch steigt) und sind bei normalen 
CMOS-Ausgängen eher kontraproduktiv.

> Aber bei Bi-Direktionalen Signalen geht das natürlich nicht - wo ist
> hier das Ende ?
Dann kommt eben am Ende nochmals ein Serienwiderstand hin. Das Ende der 
Leitung ist doch quasi offen - was macht es da, wenn zu dem unendlichen 
Widerstand nochmal 50 Ohm in Reihe sind?

MaWin schrieb:
> Serienterminierung ist aber was anderes als EMV Flankenbegrenzung.
>
> Serienterminierung muss zur Impedanz der Leitung passen und verhindert
> Reflektionen und damit Fehlfunktion der Schaltung.

Ja, aber eine Terminierung (welcher Art auch immer) verhindert 
Reflexionen z.B. in Form von Ringing, hervorgerufen durch mehrfach hin- 
und herlaufende Flanken. Fehlende Terminierung produziert abhängig von 
der Leitunglänge neue, hohe Frequenzen.
Damit ist eine korrekte Terminierung allemal auch gut gegen 
elektromagnetische Abstrahlung!.

Gerd schrieb:
> OK, und um jetzt einfach mal präventiv vorzubeugen? Was würdet ihr mir
> empfehlen? Ferrite in Serie? Mit welcher Impedanz?

Ferrite, wenn sie schon notwendig sind, gehören so nahe wie möglich an 
die Buchse bzw. an die Trennline von Innen und Aussen (am Durchgang 
durch die Gehäusewand), idealerweise sind sie eingebaut z.B. in einen 
SubD o.ä. Ein Ferrit an der der falschen Stelle macht die restliche 
Leitung für hohe Frequenzen hochohmig und damit wieder anfälliger für 
Einstreuungen von anderen Leitungen.
Aber, wenn du diese benötigst, dann ist an anderer Stelle bereits was 
suboptimal gelaufen: Schlechte Masse, schlechte Entkopplung, schlechte 
Terminierung, falsche Signalführung und, und, und ...

HildeK schrieb:
> Aber, wenn du diese benötigst, dann ist an anderer Stelle bereits was
> suboptimal gelaufen: Schlechte Masse, schlechte Entkopplung, schlechte
> Terminierung, falsche Signalführung und, und, und ...

In die Richtung gehen auch meine Erfahrungen. Habe mehrere Designs (von 
Steuerungen) die mit Ferriten versehen waren neugestaltet und jedesmal 
(durch Layout-Maßnahmen) bessere EMV erreicht als der Vorgänger - ohne 
einen einzigen Ferrit.

Uwe N. schrieb:
> Das ist mir neu, hab ich bisher noch nicht gesehen. Hierbei dürfte der
> benötigte Widerstandswert(e) schwieriger zu ermitteln sein.

Nein - einfach zweimal den gleichen Wert, wie er auch bei einer 
unidirektionalen Verbindung verwendet werden würde. Betrachte doch die 
Vorgehensweise bei quellseitiger Serienterminierung:
Quelle wird angepasst an Z der Leitung. Am Ende erfolgt wegen des 
fehlenden Abschlusses (ein IC-Eingang ist sehr hochohmig und wird 
deshalb als offen angenommen) eine Totalreflexion. Ist nun am Ende zu 
dem offenen Eingang noch ein weiterer Serienwiderstand, so ändert das 
auch nichts mehr.

Lafuter Z. schrieb:
> Die wichtigste Frage hat hier nicht niemand gestellt:
>
> Leitungslänge???

Die Frage ist wichtig, denn unterhalb eines bestimmten Wertes erübrigt 
sich die Terminierung: die Leitung ist elektrisch kurz!
Bei langen Leitungen wird dann die Dämpfung größer und toleriert dann 
eher eine Fehlanpassung.
Eine sehr lange reale Leitung braucht nicht abgeschlossen werden - sie 
hat eine sehr große Dämpfung, die damit auch die reflektierten Signal 
stark dämpft.

Uwe N. schrieb:
> Deshalb betreibt man ja diesen Aufwand mit Impedanzen/ Terminierungen.
> Allerdings sollte man Leitungen stets so kurz wie möglich halten
> (parasitäre Induktivitäten/ Kapazitäten).
Was du als parasitäre Komponenten bezeichnest, sind im Wesentlichen die 
Leitungsbeläge, die das reelle Z der Leitung bestimmen. Das ist von der 
Länge unabhängig - nur von der Geometrie der Leitung. Erst die Verluste 
durch den Kupferbahnwiderstand und den Ableitwiderstand ergeben dann 
eine Dämpfung.
Trotzdem widerspreche ich dir nicht, dass man die Leitungen so kurz wie 
möglich halten soll. Es gibt noch andere störende Effekte, wie z.B. 
Übersprechen (crosstalk).

Gerd schrieb:
> OK, und um jetzt einfach mal präventiv vorzubeugen? Was würdet ihr mir
> empfehlen? Ferrite in Serie? Mit welcher Impedanz?

Die Prozessoren die das wirklich brauchen haben heutzutage 
programmierbare Schaltflanken (Ausgangsimpedanzen des Pins) eingebaut.

Ansonsten: Widerstände sind deutlich billiger als Ferrite.

Ferrite haben nur bei hohen Frequenzen (100MHz) eine Dämpfung. Für 
Gleichspannung ist der Spannungsabfall relativ gering (ca 1-3 Ohm).
Ferrite eignen sich also auch für höhere Ströme.

Die üblichen Stromversorgungs-Leitungslängen bei EMV-Tests (1.5m) 
ergeben Resonanzen bei 60-100MHz. Daher sollte man bei der Auswahl eines 
Ferrites auf eine möglichst hohe Impedanz (600-1000 Ohm) bei 100 MHz 
achten.

Serienwiderstände (am Treiber) gegen Abstrahlung sollten auch möglichst 
hochohmig (parasitäre Kapazität nicht vergessen) gegenüber dem 
Wellenwiderstand der Luft (377 Ohm) gewählt werden.  Bei langen 
(Takt-)Leitungen ohne Schmitt-Trigger-Empfänger ist der Maximalwert 
jedoch meist auf ca. 100-150 Ohm begrenzt, da ansonsten die 
Signalqualität zu stark leidet.

Gruß Anja

EMI?

Ach jetzt habe ich die eigentliche Antwort vergessen. Es ist so das der
Reihenwiderstand mit den Pinkapazitäten des "Slaves" einen Tiefpass 
bildet welcher somit die Bandbreite des Rechtecksignales abschneidet.

Da ein Rechtecktsignal in der Therie eine unendliche aufsummierung von 
einzelnen Oberwellen ist, könnte ich mir vorstellen das die 
Störabstrahlung sich nach außen hin verringert.(Gefährliches Halbwissen)

Da ich keine Ahnung von Wellenanpassnung und Wellenwiderstand und 
Reflektionen habe bin ich mir nicht bewusst ob ein solcher 
Reihenwiderstand
wirklich etwas bringt. Es würde mich freuen wenn ein Experte hier
mal für klarheit sorgen würde. :)

Mich auch :) Ich freue mich über die zahlreichen Antworten! Aber was 
jetzt tun??

Nachtaktiver schrieb:
> Da ich keine Ahnung von Wellenanpassnung und Wellenwiderstand und
> Reflektionen habe bin ich mir nicht bewusst ob ein solcher
> Reihenwiderstand
> wirklich etwas bringt. Es würde mich freuen wenn ein Experte hier
> mal für klarheit sorgen würde. :)

Wie Du vielleicht schon an den vielen Antworten bemerkt hast ist die 
Frage nicht so leicht zu beantworten. Dazu hängt es von zu vielen 
Parametern ab.
- lange oder kurze Leitung im Verhältnis zur Flankensteilheit des 
Treibers
- Empfängerkapazität.
- Wellenwiderstand.
- Treiberinnenwiderstand.

Generell wird durch einen am Treiber positionierten Serienwiderstand 
immer der Spitzenstrom reduziert und zusammen mit der 
Empfänger/Leitungskapazität in einen niedrigeren Frequenzbereich 
transformiert. (=Dämpfung der Oberwellen). Ob diese Dämpfung ausreicht 
zeigt im Zweifelsfall eine Messung.

Gruß Anja

Anja schrieb:
> Generell wird durch einen am Treiber positionierten Serienwiderstand
> immer der Spitzenstrom reduziert und zusammen mit der
> Empfänger/Leitungskapazität in einen niedrigeren Frequenzbereich
> transformiert. (=Dämpfung der Oberwellen).

Da widerspreche ich, zumindest wenn der Serienwiderstand so 
dimensioniert ist, dass der Treiberinnenwiderstand (bei digitalen ICs 
irgendwo zwischen 10 Ohm und 30 Ohm) + der externe Widerstand = der 
Wellenwiderstand der nachfolgenden Leitung ist. Die Leitung kann nicht 
als diskrete Induktivität und Kapazität betrachtet werden, es sind immer 
dL und dC anzusetzen auf einer Leitungslänge dl.
Recht hast du, wenn dieser Widerstand (zusammen mit dem 
Quellenwiderstand) höher ist als das Z der Leitung. Dann verlierst du 
aber Flankensteilheit, was ja gleichkommt mit der Tiefpasswirkung.

@Nachtaktiver
Ja, solch ein richtig dimensionierter und positionierter Widerstand 
bringt auf jeden Fall was. Bei mir ist in jeder Taktleitung ein 
solcher drin, egal bei welcher Taktfrequenz (s.o.). Aber solche 
Leitungen dürfen nur von der Quelle zu einer Senke gehen, keine 
Abzweige, Stubs, baumartige Verteilungen etc.
Und ich habe schon mehrfach Fehlersuchen an (fremden) Designs begleitet, 
bei denen das nicht so war.

@Hildek:
Seid einigerzeit packe ich auf meinen Layouts auch Reihenwiderstände in 
alle Art von Datenleitungen. Es sammeln sich zwar teilweise viele 
Widerstände an einen Ort, aber die Ergebnisse fallen positiv. (Nicht EMI 
technisch sondern einfach nur funktionell)
In einen Projekt von mir habe ich auch ein I2C Bus welcher über 3 
Leiterkarten geht und dieser läuft mit 200kBit/s, ein SPI Interface 
läuft auch mit 2Mbit/s einwandfrei.
Inzwischen habe ich mir einen guten Layoutstil angewöhnt (Hier im Forum 
lernt man viel da bei diesen Thema gerne auf die Finger gehauen wird)
aber stellenweise habe ich keine Ahnung warum ich gewisse Dinge wirklich 
so mache. (Zum Beispiel einen Reihenwiderstand in einer Datenleitung)
Natürlich weiß ich das ich damit eine Tiefpasswirkung erzeugen kann, und 
somit die Oberwellen dämpfe, aber das war's dann auch leider schon.
Hoffentlich kommt sowas später im Studium. :)

Dann habe ich wohl etwas falsch gemacht. Bei mir ist es so das von der 
SCK Leitung (SPI) im Stern zu jeden Slave geführt habe, und am "Ende" 
jeweils jeder Slave einen Widerstand (220 Ohm) besitzt. Die Slaves 
welche zum µC kommunizieren haben an Ihren MISO bin direkt einen 
Widerstand, welcher dann zum µC führt.( Die Slaves sind mehrere 
ADCs/DACs )

Wie würde man es eigentlich 'richtig' machen?

Schade das meine Uni kein EMV Labor hat, sonst würde ich gerne meine 
Schaltungen ausmessen und wirklich mal was lernen.
Wenn ich doch wenigstens ein Spektrum von der Schaltung sehen würde, 
dann könnte man sich Gedanken machen woher die Störungen kommen könnten, 
und was man falsch gemacht hat.

Generell finde ich dieses Thema sehr interessant.. .

Ein kleines Danke hatte ich an vergessen. :) (Anja, HildeK)

Nachtaktiver schrieb:
> Dann habe ich wohl etwas falsch gemacht. Bei mir ist es so das von der
> SCK Leitung (SPI) im Stern zu jeden Slave geführt habe, und am "Ende"
> jeweils jeder Slave einen Widerstand (220 Ohm) besitzt. Die Slaves
> welche zum µC kommunizieren haben an Ihren MISO bin direkt einen
> Widerstand, welcher dann zum µC führt.( Die Slaves sind mehrere
> ADCs/DACs )
>
> Wie würde man es eigentlich 'richtig' machen?

Der Stern ist durchaus richtig. Ideal ist ein eigener Treiber für jede 
Leitung, aber je nach Treiberstärke (z.B. 74xx125, 74xx244 oder 
spezielle Clocktreiber) kann man auch 2-4 Leitungen von einem Treiber 
versorgen mit geringen Einbußen. Mehr habe ich nie probiert. Auf diese 
Art kannst du mit einem xx244 rund 15 ... 30 Taktzweige versorgen. Man 
kann auch zwei Senken mit einer Leitung versorgen, wenn die beiden 
Eingänge nur wenige mm auseinander liegen.
Allerdings in der Art:

1

         +--R-------------Z---

2

  |\     |                         |\

3

--| \o---o--R-------------Z--------| \---

4

  |/     |                         |/

5

         +--R-------------Z---

Die R's sollten ganz am Anfang sitzen, so nah wie möglich am Treiber. 
Die Werte sind im Bereich 27, 33, 39 Ohm, das Z der Leitung sollte etwa 
50 Ohm betragen. Man rechnet für die Treiber so 10-20 Ohm als 
Innenwiderstand. Das gibt mit dem äußeren rund die 50 Ohm. Allerdings 
sind 10%...15% Ablage von den idealen Werten meist ohne großen Einfluss 
und tolerierbar.
Für Leiterplatten gibt's Webtools zur Berechnung der Leiterbreite bei 
gegebenem Abstand zu GND und gegebenem Lagenaufbau (Transmission Line 
Calculation).

Hier gibt es keine Tiefpasswirkung als ersten Effekt (gut, im Bereich 
von mehreren hundert MHz nimmt die Dämfung der Leitung auf einer 
normalen Leiterplatte schon merklich zu), sondern im Wesentlichen reicht 
die Betrachtung einer verlustfreien Leitung. Und die hat keinen 
Frequenzgang.

Aus der Theorie kennt man, dass die Leitung quellseitig einen 
Innenwiderstand von R=Z sehen soll, ebenso einen Abschlusswiderstand mit 
R=Z. Bei digitalen Signalen ist das aber störend, da die beiden 
Terminierungswiderstände das Signal halbieren: dir reicht der High- und 
der LOW-Pegel nicht mehr, außerdem zieht das ganz schön Strom.

Deshalb terminiert man nur quellseitig. Die Signale laufen zum Ende der 
Leitung und werden dort, da offen, reflektiert (r=-1). Sie laufen wieder 
zurück zur Quelle und dort ist ein korrekter Abschluss vorhanden, was 
weitere Reflexionen verhindert. Ist dieser korrekte Abschluss nicht da, 
weil der Treiber ohne Serienwiderstand angeschlossen ist, so reflektiert 
das weiter und weiter, wenn auch mit kleiner werdender Amplitude. Neben 
Störungen der Signalintegrität werden auch Frequenzen erzeugt, die dann 
bei EMV-Messungen negativ auffallen können.

Erst letzte Woche passiert: sporadisch Fehler beim Laden eines FPGA. Ich 
habe empfohlen, in die Leitung des Configuration Clocks (rund 60..70mm 
lang) 33 Ohm reinzulöten. Danach war Ruhe! Übrigens, die leichte 
Unstetigkeit, die mit einem 1GHz-Skope und 0.9pF-Aktivtastkopf gerade 
mal zu ahnen war, war dann weg und das Signal ist noch genauso steil.

Lies auch mal im Thread Beitrag "Takt verteilen" 
und schaue dir meine dort gepostete Simulation an.

Das Thema ist interessant und genauso wichtig wie die korrekte 
Entkopplung der ICs. Es wird immer wichtiger, weil die Halbleiter 
schneller werden und damit auf Störungen in den Taktflanken 
empfindlicher reagieren.

Übrigens, alle Datensignale werden dadurch verbessert. Aber 
Datenleitungen werden z.B. in der Mitte durch den Takt abgetastet und 
das Ringing hat sich bis dahin beruhigt und somit ist das dort 
funktional nicht so wichtig, bei Takten aber unumgänglich! Geringer 
Abstrahlung aus der EMV-Sicht erreichst du mit Widerständen aber 
trotzdem.

OK, also ich danke euch für den ganzen Input!

Jetzt habe ich noch ein Anliegen:

Ich habe einen 6fach-Inverter als Pegelwandler in meiner Schaltung. Muss 
ich diesem jetzt 9!! Widerstände spendieren?

Ich habe ja dreimal drei Treiber in dem ganzen Konstrukt.


Gruß, Gerd

Hier mal als Bild

Gerd schrieb:
> Ich habe einen 6fach-Inverter als Pegelwandler in meiner Schaltung. Muss
> ich diesem jetzt 9!! Widerstände spendieren?

Nein.
Nur an den Stellen, wo die Leiterbahn länger ist. Wenn der Treiber nahe 
(< 2..3cm) an den Quellen UC_OUTx sitzt, dann kannst du dir das sparen. 
Wenn nicht, dann gehören R4, R5 und R6 zu den Quellen, die UC_OUTx 
liefern. Am Eingang, so wie gezeichnet, bringen sie praktisch nichts 
mehr. Auch R1, R2 und R3 sind definitiv nicht notwendig, außer du 
routest weite Wege zwischen Pin 12 und 11 :-). Selbst zwischen 1 und 8 
darf man die Leitung noch als elektrisch kurz betrachten.
R7, R8 und R9 sind notwendig, wenn eben die Senke mit Slave_In_x mehr 
als rund 2cm weg ist. ACT-Treiber sind sowieso schlimm in der Hinsicht.

Nimm nicht ACT, wenn es sich vermeiden lässt. Bei den 1.8MHz, die oben 
genannt wurden, geht HC hervorragend. Deren Flanken sind langsamer und 
damit produzieren sie weniger Oberwellen. Und die überbrückbare 
Leitungslänge ohne Serienterminierung steigt auch an. Hier gehen sicher 
noch mehr als 5cm ohne Serienwiderstand.

HildeK schrieb:
> ACT-Treiber sind sowieso schlimm in der Hinsicht

Vielen Dank!
Also das seh ich grad erst - ich habe einen HCT, keinen ACT...fällt mir 
aber jetzt grad erst auf - sorry!

Meine Leitungen auf der Platine sind eigentlich nirgends größer 3cm.

Du könntest einen 74HC7541 anstatt des 47HCT14 benutzen. Dadurch sparst 
du eventuell noch ein paar unnötige Leiterbahnen und 
Durchkontaktierungen ein und verringerst so die Abstrahlung.

Korrektur: 74HCT7541 anstatt des 47HCT14

Anmerkung: wenn es nicht Schmitt Trigger Eingänge wie beim 74HCT14 sein 
müssen gibt es noch weitere Optionen.

Nein, müssen es nicht

Gibt es keinen Baustein, welcher einfach nicht-invertierende Buffer von 
der einen Seite zur anderen hat?

1

   ----------------

2

  |      |\        |

3

 =|------| \-------|=

4

  |      |/        |

5

  | ...            |

Und davon minestens drei Stück? Ohne Output Enable und so?

Gerd schrieb:
> Gibt es keinen Baustein, welcher einfach nicht-invertierende Buffer von
> der einen Seite zur anderen hat?

Der HC(T)244 hat 8 Buffer, zweimal vier. Von einer zur anderen Seite. 
Den Enable kannst du ja auf festes Potential legen.

Ist fast vergleichbar mit dem '245, nur hat dieser bidirektionale 
Buffer, also insgesamt 16, von denen dann die Hälfte brach liegen 
bleiben. Bevor du den '245 nimmst, greif lieber zum '244.

Die 74xxx125 haben vier, jeder mit einem Enable und nicht 
gegenüberliegen.

Übrigens, benötigst du wirklich HCT (weil deine Quelle ein echter 
TTL-Output ist?. Wo hat man das heute noch?) oder ist es eine 
CMOS-Quelle? Dann kannst du auch die HC-Serie nehmen.