Störaussendung mit SIM900 und GSM

[Stephan S. (stephan_s8899)]

Hallo zusammen,

ich habe letztens eine Baugruppe im Prüflabor gehabt, bei der es darum 
ging, die Einhaltung der Funkanlagenrichtlinie zu checken. Zunächst gab 
es erstmal ein negatives Ergebnis, die Störaussendungen (siehe Anhang) 
im Leerlauf sind über den erlaubten Grenzwerten. Die Baugruppe 
beinhaltet ein SIM900 GSM-Modul (mit kurzer 50Ohm-Leitung zur 
SMA-Buchse), einen FT800 (@48MHz) mit TFT-Display, einen STM32F1 
(@72MHz), einen kleinen DCDC-Wandler 5V->5V und etwas Audio-Schaltung.
Zunächst dachte ich mir, dass das möglicherweise mit dem FT800 oder 
STM32 zu tun hat, doch müsste dann nicht auch die abgestrahlte Leistung 
auf der Grundwelle (48MHz bzw. 72MHz) höher sein? Könnte aber hinhauen, 
mit etwas Mühe meine ich einen Lattenzaun im Plot zu erkennen...
Ich habe etwas im Netz recherchiert und bin auf ein verwandtes Problem 
gestoßen, da lag es anscheinend am SPI-Takt (der bei mir bei 16MHz 
liegt), welcher dann bei 144MHz Probleme gemacht hat.

Ich habe als Erste-Hilfe-Maßnahme im Labor schonmal ein paar Ferrite 
über die Zuleitungen geklappt, die Leitung durch einen Ringkern 
gefädelt, mal testweise das Display abgeklemmt, doch das brachte keinen 
Erfolg. Blöderweise gestaltet sich auch die Kommunikation mit dem 
Prüflabor schwierig, da das einzige Englisch im Report steht und der 
Rest auf Chinesisch läuft... Leider ist das Labor auch eine gute 
Autostunde entfernt, sodass ich nicht mal eben etwas ausprobieren kann. 
Zu allem Ärger habe ich auch keinen Spektrumanalyzer hier, um mal eben 
irgendwo den Finger draufzulegen und zu schauen, wo evtl. etwas mehr 
Kapazität hilft ;-)

Hat da jemand einen Tipp für mich, was hier der erste Schritt sein 
könnte?

MfG,
Stephan

[HF-Werkler (Gast)]

Tja, was soll man da raten...

Ich fasse mal zusammen:
- Keine Details über die Schaltung angegeben (Schaltplan, Layout, BOM)
- Keine Details über den Aufbau des Gerätes (3D, Materialien, 
Schirmmassnahmen, usw.)
- Keine eigene Messtechnik vorhanden
- Labor gewählt, das nicht mit dir kommunizieren kann
- Beim Test im Labor nicht vor Ort, weil zu weit weg (1h Autofahrt!)
- Testaufbau im Labor nicht beschrieben

Also im Prinzip, beinahe alles richtig gemacht, um Probleme zu haben.

Ich rate mal (auf gut Glück): Ist das deine erste Schaltung, die in ein 
EMV-Labor geht? Jetzt mal ernst, was erwartest du nun vom Forum (ohne 
Glaskugel)?

- Ich erahne aus dem schlechten Plot auch eine 16MHz Grundfrequenz
- Die Vielfachen strahlen meist stärker ab, da die "Sendeantenne" 
passender wird (Lambda wird kleiner)
- Vermutlich hast du keine sinnvollen Schirmungs- bzw. 
Filtermassnahmen/Layoutkontrolle durchgeführt

Gruss

[Flo (Gast)]

150MHz könnte auch die Pixelclock des Displays sein.

[EMI-Eliminator (Gast)]

Stephan S. schrieb:
> Spurious_Emissions_SIM900.png

Warum passiert bei 1,0 GHz? Antennenwechsel? Meßgerätwechsel?

[Rest (Gast)]

EMI-Eliminator schrieb:
> Stephan S. schrieb:
>> Spurious_Emissions_SIM900.png
>
> Warum passiert bei 1,0 GHz? Antennenwechsel? Meßgerätwechsel?

Da ändert sich in der Norm die Filterbandbreite und dementsprechend das 
Rauschen bzw. die Rauschleistung.

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Rest schrieb:
> EMI-Eliminator schrieb:
>> Stephan S. schrieb:
>>> Spurious_Emissions_SIM900.png
>>
>> Warum passiert bei 1,0 GHz? Antennenwechsel? Meßgerätwechsel?
>
> Da ändert sich in der Norm die Filterbandbreite und dementsprechend das
> Rauschen bzw. die Rauschleistung.

Und meist gehts von dort dann von LPDA auf Hornantenne.

[Rest (Gast)]

Du solltest zuerst einmal herausfinden was dein Problem verursacht. 
Vermutlich wird es ja ein Kombination aus mehreren Komponenten sein. 
Also zuerst mal den DC/DC wegnehmen und das Board irgendwie anderst mit 
5V versorgen (Linearnetzteil, 9V Batterie mit 7805, Labornetzteil, 
o.Ä.). Dann mal den STM32 clockmäßig platt machen, der hat ja auch tolle 
PLLs drin die üble Störungen machen können. Also den mal deaktivieren 
und schauen was passiert. Display abklemmen, Hintergrundbeleuchtung-PWM, 
... Alternativ brauchst du halt ein paar Nahfeldsonden und ein flottes 
Oszilloskop oder natürlich besser einen Spektrumanalysator. Kann man 
sich auch ausleihen.

Stephan S. schrieb:
> Ich habe etwas im Netz recherchiert und bin auf ein verwandtes Problem
> gestoßen, da lag es anscheinend am SPI-Takt (der bei mir bei 16MHz
> liegt), welcher dann bei 144MHz Probleme gemacht hat.

Ja das ist halt die 9. Oberwelle. Grundsätzlich kann man bei einem 
symmetrisch verzerrten Sinus (nähert sich dem Rechteck an) beobeachten, 
dass die ungeraden Obwerwellen dominant werden. Je rechteckiger desto 
schlimmer. Im Allgemeinen ist die SPI-Takt-Frequenz ziemlich 
unerheblich. Bedeutend wichtiger ist die Anstiegszeit der Taktflanke. Um 
die zu reduzieren bringt man Serienwiderstände (z.B. 100R) im die 
SPI-Leitungen ein. Nur die 16 MHz würdest du nur sehen, wenn dein 
SPI-Takt ein perfekter Sinus wäre. Rechtecke haben ein sehr breites 
Frequenzspektrum. Und ein Teil des Frequenzspektrums wird halt bei 
gewissen Strukturgrößen auf der Platine (so ab lambda/5...7) 
ausbreitungsfähig. Richtig hässlich wird es um lambda/4 bis lambda/2. 
Dort bekommst du dann Leiterbahnen schon sehr gut in Resonanz und gibt 
eine tolle Antenne.

Dein Ferrit wirkt natürlich nur gegen Mantelwellen ergo 
Gleichtaktstörungen. Du solltest erstmal klären was für eine Art der 
Störung du hast, dann kann man Wege finden sie zu bekämpfen.

Generell ist das natürlich ohne mehr Infos (Messaufbau, Schaltplan, 
Layout) ein pures Ratespiel. Wie wurde das DUT versorgt? Vielleicht 
stört ja schon das Labornetzteil? Gibt es eine Leermessung der Kammer 
oder besser eine Messung mit dem belasteten Netzteil (mit einem 
Lastwiderstand belastet)?

[Stephan (Gast)]

Hallo zusammen!
Entschuldigt meine späte Rückmeldung, mein VPN will manchmal nicht so 
recht.
Leider kann ich keine Schaltpläne, Layouts, Screenshots oder Fotos 
veröffentlichen, das sieht die Firma in der Entwicklungsphase gar nicht 
gern :-(
In der Zwischenzeit habe ich mir einen Spektrumanalyzer besorgt und kann 
sagen, Flo (Gast) hat den wunden Punkt getroffen. Die Störungen kommen 
tatsächlich vom FT800. Ich habe ihn probeweise mal abgeschaltet und 
siehe da: Es ist Ruhe. Manchmal kann die Glaskugel doch was sehen ;-)
Mit Abschirmung konnte ich die Störungen im ersten Test um gute 8dB 
reduzieren - mal schauen, was unser Layouter machen kann.
Vielen Dank auch an dich, Rest (Gast)!
MfG,
Stephan

[Uwe M. (uwe_mettmann)]

Stephan S. schrieb:
> Die Baugruppe
> beinhaltet ein SIM900 GSM-Modul

Die kritische Störaussendung kommt vermutlich nicht durch Funkmodul 
sondern durch die Baugruppe. Insofern sind für die Baugruppe auch die 
EMV-Anforderungen für diese Baugruppe einzuhalten.

Es kann z.B. ja nicht sein, dass ein Gerät, dass nur die Anforderungen 
für Industriegeräte einhalten braucht, plötzlich wesentlich schärfere 
Grenzwerte einhalten muss, nur weil ein WLAN-Modul eingebaut ist.

Ich nehme mal aber an, dass deine Baugruppe die EMV-Grenzwerte Class B 
einhalten muss. Umgerechnet für die Messung in deinem Diagramm wären das 
ca. -60 dBm, also auch ein Problem. Da aber in deinem Diagramm die 
Messung mit einem Peak-Detektor durchgeführt wurde, aber für die 
Feldstärkemessung für die EMV-Bewertung der Quasi-Peak-Detektor 
herangezogen wird, könnte bei viel Glück geradeso der Grenzwert 
eingehalten werden.

Da die kritische Störaussendung bei ca. 150 MHz liegt, erfolgt die 
Abstrahlung bei einem kleineren Gerät vermutlich über die Leitungen, die 
an dem Prüfling angeschlossen sind. In diesem Fall müssten eigentlich 
die richtig gewählten Ferrite eine Verbesserung bringen. Nur wenn das 
Gerät etwas größere Abmessungen hat, kann die Aussendung direkt über das 
Gerät erfolgen.


Gruß

Uwe