Mikrocontroller System störfest machen

>Ich möchte in Zukunft ein Mikrocontroller System einsetzen um einige
>Steuerungsaufgaben in einer EMV "verseuchten" Umgebung auszuführen.

>Dabei können Schaltvorgänge mit 1kV Spannungen in 5-10cm vom
>Mikrocontroller entfernt stattfinden.

Als erster Tip: Grösseren Abstand halten
Deine Schaltung muss nicht 5-10cm von der Hochspannung
entfernt sein. Es gibt immer einen Weg das zu ändern.

>Was gibt es für Vorkehrungen zu treffen, damit ich dies möglichst ohne
>Probleme bewerstelligen kann?

Multilayer Platine, Schaltung hart geerdet mit möglichst
kurzen Wegen. Metallgehäuse ohne grössere Öffnungen.
Kabel die in das Gehäuse führen dürfen nicht ungeschirmt sein.
Kabel auf beiden Seiten geerdet.

>Welche Mikrocontrollersysteme eigenen sich besonders dafür? Sind PIC
>oder Atmel dafür überhaupt geeignet? 5V System zwingen oder gehen auch
>3.3V Systeme trotz des geringeren Störabstandes?

Das ist Wurst. Zwischen 5V und 3.3V ist kaum ein Unterschied.

>Was für Schutzschaltungen an den Eingängen können empfohlen werden?

TVS

"Multilayer Platine, Schaltung hart geerdet mit möglichst"
dazu wäre eine Erläuterung spannend.

Die mehreren Lagen als Amsse Schirmung oder nur um kurze Wege zu 
realisieren?
Was bedeutet hart geerdet?

In meiner ersten Firma haben wir mit Atmel µC auf sog. Pencil-Coils 
gearbeitet. (Pencil-Coil = Zündspule, die direkt auf der Zündkerze 
sitzt). Also möglich ist es.
Wichtig: Auf jeden Fall eine komplette Massefläche in/unter der Platine. 
Gehäuse aus Metall ebenfalls gut auf Masse gelegt. Alle Leitungen nach 
draussn müssen entstört werden (Drossel (Achtung, geht leicht in die 
Sättigung!), Kondensatoren, Signalleitungen evtl. optisch trennen ...)
Prinzipiell ist ein größerer Abstand sehr empfehlenswert.

Ganz wichtig ist auch das Thema Spannungsversorgung! Da wirklich eine 
vernünftige Kombi aus (R)LC Glied + SupressorDiode und einen linearen 
Regler davor.
An alle verwendeten I/Os ebenfalls R und Supressor Dioden (je nach dem 
wieviel Kapazität daran hängen darf auch noch ein C) und eben wie die 
Vorredner auf richtige Masseführung achten.

1kV ist an sich nicht kritisch, es kommt halt auf dU/dt an, also wie 
steil die Flanken der Schaltvorgänge sind.

>Dabei können Schaltvorgänge mit 1kV Spannungen in 5-10cm vom
>Mikrocontroller entfernt stattfinden.

Na und?

>Was gibt es für Vorkehrungen zu treffen, damit ich dies möglichst ohne
>Probleme bewerstelligen kann?

Du mußt es einfach richtig machen.

>Welche Mikrocontrollersysteme eigenen sich besonders dafür? Sind PIC
>oder Atmel dafür überhaupt geeignet? 5V System zwingen oder gehen auch
>3.3V Systeme trotz des geringeren Störabstandes?

Das sind doch nur 3,6dB Unterschied.

>Was für Schutzschaltungen an den Eingängen können empfohlen werden?

Die richtigen! Nicht die falschen verwenden!!

>Wo könnte ich dazu weiterführende Literatur finden?

Zum Beispiel im Internet. Seiten die mit EMV zu tun haben.

>Danke an alle

Gerne, jederzeit wieder!


Ähem, MB, hast du jetzt irgendeine konkrete Frage gestellt? Denkst du im 
Ernst man könnte auf solche diffuse Fragen konkrete Antworten gegen? 
Denkst du nicht auch, daß eine passende Schutzschaltung, nach der du 
fragst, beispielsweise in höchstem Maße vom Signal selbst abgängt? 
Darüber schweigst du dich aber komplett aus. Wir wissen nicht mal, ob es 
AC oder DC ist, ob Signale im nV- oder 1000V-Bereich, ob das Eingänge 
oder Ausgänge sind, ob du Hobbyelektroniker bist oder was für ein 
Kernkraftwerk werkelst. Garnichts! Nicht einmal einen richtigen Namen 
hast du.

MB, bist du ein vorgezogener Aprilscherz oder ist das eine statistische 
Untersuchung oder demonstrierst du für den Weltfrieden? Bist du die 
Überraschungstorte für irgendjemanden und hast dich hier verlaufen?

Hast du irgend ein konkretes Ansinnen?

MB schrieb:
> Was gibt es für Vorkehrungen zu treffen, damit ich dies möglichst ohne
> Probleme bewerstelligen kann?

Klar genau für den Zweck verwendet man TEMPEST-Filter im Zusammenhang 
mit entsprechenden Schutzzonen-Konzepten. (also mehrere 
ineinandergeschachtelte Metallgehäuse).

Nee im Ernst: die Thematik ist relativ komplex und man kann viel falsch 
machen. Ohne entsprechende Erfahrung oder einen guten Dienstleister 
braucht man viele Rekursionsschleifen.

Kleiner Tipp: demnächst ist die EMV Messe:
http://www.mesago.de/de/EMV/Die_Workshops/Programm_2/index.htm


MB schrieb:
> Welche Mikrocontrollersysteme eigenen sich besonders dafür? Sind PIC
> oder Atmel dafür überhaupt geeignet? 5V System zwingen oder gehen auch
> 3.3V Systeme trotz des geringeren Störabstandes?

Die Störempfindlichkeit hängt hauptsächlich von der Strukturbreite in 
der gefertigt wird und auch von zusätzlichen (meist geheimen) 
Entstörmaßnahmen z.B. am Reset-Pin ab. Wir hatten einen Prozessor 
jahrelang ohne Probleme eingesetzt. Bis der Hersteller auf die Idee kam 
durch Maskenshrinking die Herstellkosten zu senken. Ich glaube die 
Entstörbauteile um 2 EMV Stufen zu kompensieren waren vieel teurer als 
das was der Prozessor billiger war. Beim nächsten Maskenshrink war der 
Prozessorhersteller etwas schlauer und hat für den Reset-Pin eine 
Filterung eingebaut. Trotzdem ist die EMV-Empfindlichkeit um eine Stufe 
gestiegen.

Die kritischen Pins sind im allgemeinen der Reset-Pin und die 
Quarz-Pins. -> nimm lieber einen Prozessor mit internem RC-Takt.
Ferner: je größer die Prozessorfläche umso mehr magnetisches Feld kann 
der Prozesor sich einfangen. -> mit SMD gewinnt man etwa 6-12 dB an 
Störfestigkeit gegenüber magnetischen Einstrahlungen wenn man sonst 
alles richtig gemacht hat.


Gruß Anja

Es gibt schon sehr wirkungsvolle Maßnahmen. Nur ganz ohne Details kann 
man MB einfach keine konkreten Anworten geben.

Oft ist von Vorteil, die elektrischen Feldlinien dieser 
Hochspannungsgeschichten gar nicht erst auf dem Steuerungsgerät enden zu 
lassen, sondern auf einem dazwischen angebrachten Erdungsblech. Das 
setzt aber voraus, daß es dort überhaupt eine Erde gibt, gegen die man 
wirkungsvoll erden kann und daß die Hochspannungen einen definierten 
Erdbezug haben und die Streufelder über das Abschirmblech definiert zur 
Quelle zurückgeführt werden können.

Auch Kabel sollten in geerdeten Kabelschächten oder hinter geerdeten 
Blenden verlegt werden, sodaß die elektrischen Feldlinien der 
Hochspannungen nur zu einem Bruchteil auf dem Steuerungsgerät und seiner 
Verkabelung selbst enden können.

Ganz wichtig ist ein Metallgehäuse um das Steuerungsgerät herum, das 
nicht unbedingt geerdet zu sein braucht, das aber gut mit dem zentralen 
Massepunkt des Steuerungsgeräts verbunden sein muß. Dieser Massepunkt 
sollte als "radio frequency plane" ausgeführt sein und genau dort 
sitzen, wo alle Kabel in das Gehäuse eintreten oder dieses verlassen. 
Gegen diese "radio frequency plane" wird gefiltert und an ihr sämtliche 
Kabelschirme verbunden. Das Gehäuse darf nur an dieser einen Stelle mit 
der Schaltung verbunden sein, damit Ströme im Gehäuse nicht auf die 
Platine und damit Schaltung eingekoppelt werden können.

Kabel dürfen auf gar keinen Fall an verschiedenen Stellen aus dem 
Gehäuse herausgeführt werden, weil sonst unweigerlich Störströme durch 
das Gehäuse und letztlich über die ganze Platine fließen. Werden die 
Kabel dagegen nur an einer Stelle in das Gehäuse geführt, können keine 
Störströme über die Platine fließen. Vorausgesetzt natürlich, es wird 
zusätzlich wirkungsvoll gegen die "radio frequnecy plane" an der 
Eintrittsstelle des Gehäuse gefiltert und geblockt.

Das Herausführen der Kabel an nur einer Stelle im Gehäuse unterstützt 
auch die Vermeidung von Kabelschleifen und das Entstehen magnetisch 
empfindlicher Schleifenflächen. Werden die Kabel zusätzlich in engem 
Kontakt zu geerdeten Flächen angebracht, werden auch Schleifenflächen 
bezüglich Erde minimiert.

Das sind alles außerdordentlich wirkungsvolle Maßnahmen, bei denen man 
einfach mit und nicht gegen die Physik baut. Die obigen Tipps gelten 
übrigens generell zur Verbesserung der EMV und sind heute 
Standardmaßnahmen für jeden, der irgendwann mal mit seinem Gerät den 
CE-Test bestehen will...