Schaltwandler Ferrite Bead Filterung

[RH (Gast)]

Beim Stöbern nach Methoden um die Ausgangsspannung eines Abwärtswandlers 
zu Filtern, bin ich auf Ferrite Beads gestoßen, bzw. einen Artikel von 
Würth:

https://www.we-online.de/web/de/electronic_components/produkte_pb/application_notes/anp041_stromspitzensicherereingangsfiltermitwempsb.php

Dort wird an allen Ein- und Ausgangverbindungen mittels Ferrit-Imedanzen 
das Signal gefiltert.

Im Schrank habe ein paar Impedanzen von Murata gefunden:
Artiekel-Nr.: BLM41PG181SN1
Impedanz: 180 Ohm bei 100 MHZ
Rated Current: 3000mA
RDC: 25mOhm

Grundsätzlich würde ich generell genauso vorgehen, wie in der 
Applikation Note, allerdings die Ferrite direkt auf einer Platine mit 
dem Abwärtswandler an Ein- und Ausgänge verbinden.

Nun zum Problem:
Mein Wandler soll maximal 5A liefern können. Die Ferrite die ich habe, 
können allerdings "nur" 3A. Spricht etwas dagegen die Impedanzen 
parallel zu schalten?

[Christian W. (orikson)]

RH schrieb:
> Spricht etwas dagegen die Impedanzen
> parallel zu schalten?

Nein, außer die Toleranzen sind so groß, dass sich der Strom 
ungleichmäßig aufteilt und ein Bauteil mehr als 3 A bekommt. Im Prinzip 
ist das ja nichts anderes als eine Parallelschaltung von Widerständen, 
nur eben mit Impedanzen. Zudem verändert sich die Gesamt-Impedanz: 
https://www.elektrotechnik-fachwissen.de/grundlagen/parallelschaltung-induktivitaet.php

RH schrieb:
> Beim Stöbern nach Methoden um die Ausgangsspannung eines Abwärtswandlers
> zu Filtern, bin ich auf Ferrite Beads gestoßen, bzw. einen Artikel von
> Würth:
Du musst dich auch fragen, ob du die (langsame) Ausgangsspannung filtern 
möchtest, oder wirklich direkt an den Schaltsignalen? Für ersteres wäre 
ein einfacher LC-Filter wohl besser geeignet, da die Ferrite erst ab 
einigen MHz ordentlich dämpfen

[RH (Gast)]

Christian W. schrieb:
> Nein, außer die Toleranzen sind so groß, dass sich der Strom
> ungleichmäßig aufteilt und ein Bauteil mehr als 3 A bekommt. Im Prinzip
> ist das ja nichts anderes als eine Parallelschaltung von Widerständen,
> nur eben mit Impedanzen. Zudem verändert sich die Gesamt-Impedanz:
> 
https://www.elektrotechnik-fachwissen.de/grundlagen/parallelschaltung-induktivitaet.php

Alles klar, die Toleranzen sollten passen, bzw. lassen sich ja auch 
nachmessen.

Christian W. schrieb:
> Du musst dich auch fragen, ob du die (langsame) Ausgangsspannung filtern
> möchtest, oder wirklich direkt an den Schaltsignalen? Für ersteres wäre
> ein einfacher LC-Filter wohl besser geeignet, da die Ferrite erst ab
> einigen MHz ordentlich dämpfen

Zum Filtern der Schaltsignale ist bereits ein LC-Filter verbaut, gemäß 
der typischen Schaltung eines Buck Converters (Schalter, Diode (2. 
Schalter bei Synchronwandler) und LC-Filter).

Im Anhang ist eine Aufnahme der Ausgangsspannung am Buck Converter zu 
sehen. Wie man sieht, entstehen jedes mal, wenn der Highside-FET ein- 
oder ausgeschaltet wird kurze Störungen mit sehr hoher Frequenz (rot 
eingekreist).

Die Schwarze Linie zeigt das PWM Signal, die rote die Gate-Spannung und 
die blaue die Ausgangsspannung am Ausgangskondensator.

[Christian W. (orikson)]

RH schrieb:
> Zum Filtern der Schaltsignale ist bereits ein LC-Filter verbaut, gemäß
> der typischen Schaltung eines Buck Converters (Schalter, Diode (2.
> Schalter bei Synchronwandler) und LC-Filter).

Ich meinte eigentlich einen zweiten LC-Filter zusätzlich zur eh 
benötigten LC-Kombination des Schaltreglers. Zwei kleinere LC-Filter 
können manchmal bessere Ergebnisse liefern, als ein großer.

Wenn du schon ein paar der Ferrite bei dir hast, bau die doch einfach 
mal ein und teste den Effekt. Wenn das nicht hilft wären weitere Infos 
ganz nützlich, insbesondere Schaltplan und Layout.

[Alexxx (Gast)]

Zuerst müsstest du prüfen, ob du nicht "Geister" siehst.
Versuche mal den Tastkopf auf den Massepunkt(= Oszimasse!) zu halten.
Wenn jetzt die Störungen immer noch groß sind, dann sind die
Störungen auch auf deiner Wandler-Masse und koppeln über den Kabelschirm 
ein. Dann kann auch keine Ferrit-Siebung funktionieren, sondern du 
brauchst Gleichtaktdrosseln, die bis (über) 100MHz wirken.

[RH (Gast)]

Christian W. schrieb:
> Ich meinte eigentlich einen zweiten LC-Filter zusätzlich zur eh
> benötigten LC-Kombination des Schaltreglers. Zwei kleinere LC-Filter
> können manchmal bessere Ergebnisse liefern, als ein großer.

Achso, das wäre natürlich auch eine Option!

Ich werds direkt mal austesten, dazu fehlte mir gestern noch die Zeit.

Alexxx schrieb:
> Zuerst müsstest du prüfen, ob du nicht "Geister" siehst.
> Versuche mal den Tastkopf auf den Massepunkt(= Oszimasse!) zu halten.
> Wenn jetzt die Störungen immer noch groß sind, dann sind die
> Störungen auch auf deiner Wandler-Masse und koppeln über den Kabelschirm
> ein. Dann kann auch keine Ferrit-Siebung funktionieren, sondern du
> brauchst Gleichtaktdrosseln, die bis (über) 100MHz wirken.

Werde ich auch testen. Soweit ich mich erinner war auf der Masse jedoch 
keine Störung. Die Messung liegen schon ein paar Tage zurück...

[RH (Gast)]

Alexxx schrieb:
> Zuerst müsstest du prüfen, ob du nicht "Geister" siehst.
> Versuche mal den Tastkopf auf den Massepunkt(= Oszimasse!) zu halten.

Ok, habe mich geirrt. Die Störungen sind auch auf der Masse in etwa der 
selben Höhe zu sehen.
siehe Anhang...

Hast du zufällig eine Applikation Note oder Referenzanwendung für 
Gleichtaktdrosseln? Bzw. inwiefern zeichnen sich diese für das Problem 
aus?

Ich habe jetzt einen einzigen Ferrit Chip ähnlich wie in der Doku von 
Würth hinter den Ausgang angelötet. Wirklich was geändert hat sich am 
Ausgang nicht. Sollte ich an alle stellen (also auch Eingang und 
Ausgangsmasse) Ferrit Chips löten? Weil das relativ schwierig wird, hab 
ichs jetzt erstmal nicht gemacht...

[Christian W. (orikson)]

Alexxx schrieb:
> Zuerst müsstest du prüfen, ob du nicht "Geister" siehst.

RH schrieb:
> Ok, habe mich geirrt. Die Störungen sind auch auf der Masse in etwa der
> selben Höhe zu sehen.

Sind diese Störungen denn wirklich vorhanden, oder sind das Effekte die 
man nur am Oszi sieht? Könntest du mal wirklich direkt am 
Ausgangskondensator messen. Also sowohl Tastkopfspitze und GND direkt am 
Pad/Pin von diesem Kondensator?

Wie gesagt wäre für weiteres ein Schaltplan und Layout praktisch

[RH (Gast)]

Christian W. schrieb:
> Sind diese Störungen denn wirklich vorhanden, oder sind das Effekte die
> man nur am Oszi sieht? Könntest du mal wirklich direkt am
> Ausgangskondensator messen. Also sowohl Tastkopfspitze und GND direkt am
> Pad/Pin von diesem Kondensator?

Ich habe bereits auch schon mit Tastkopf und kurzer GND-Nadel direkt am 
Ausgangskondensator gemessen und habe auch hier die Peaks. Ich habe aber 
auch noch keine Ahnung woher diese Kommen. Auf dem ersten Bild im ersten 
Beitrag sieht man ja ganz deutlich, dass Sie jeweils auftreten sobald 
der obere MOSFET durchschaltet. Also wird es ja vermutlich mit 
irgendwelchen parasitären Eigenschaften des MOSFETs zutun haben.

[Gustl B. (-gb-)]

So, habe auch mal nachgeguckt, habe nämlich auch Ferrite hinter dem 
DCDC. Als Regler verwende ich einen TPS65266.

Im Angang der Layoutausschnitt und Screenshots vom Oszi. Gemessen wurde 
mit der kurzen Massenadel und zwar:
Bei 1 und 2 war die Masse am Kondensator unterhalb (im Layout südlich 
von 2) verbunden. Dabei wurde das Signal jeweils oben auf der SMD Spule 
gemessen.
Bei 3 wurde das Signal an dem Kondensator südlich von 3 gemessen, also 
Signal oben, Masse unten.
Bei 4 wurde das Signal an einer der Vias gemessen, die sind nämlich 
leider nicht mit Lack bedeckt (obwohl das in Eagle so ist). Und Masse 
war am rechten Pad unterhalb von 4. Das geht da also auch mit einer Via 
direkt zur Masselage.

Also ... das sieht auch schon bei 3 sehr OK aus finde ich. Bei 4 ist es 
noch minimal besser. Bis dahin war aber hinter dem Ferrit noch kein 
Kondensator nach masse, also kein Tiefpass. Ich setze gerne diese 
Ferrite weil die für hohe Frequenzen zusammen mit dem Kondensator am 
"Verbraucher" einen Tiefpass bilden.

Zu den Bildern: 1 ist DC gekoppelt, 2,3 und 4 AC gekoppelt mit 20 
mV/Div.

[RH (Gast)]

Hallo Gustl,

hast du eventuell einen Schaltplan von deinem Aufbau? Und wo hast du die 
Ferrite platziert? direkt am Ausgang?

Deine Schaltung hat ja generell schon deutlich geringere 
Spannungs-Peaks. Sieht am Ende ja aber wirklich sehr schön sauber aus!

[Gustl B. (-gb-)]

Moin,
ja die Eagle Dateien werde ich noch hochladen, aber erst wenn alles 
bestückt ist. Und dann vermutlich unter Projekte und Code. Muss noch den 
schnellen DAC und den Verstärker dahinter bestücken, der Rest läuft 
schon.

Bei Schaltung und Layout habe ich mich sehr am Datenblatt 
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps65266.pdf Seite 23 und Seite 32 
orientiert.

In meinem ersten Layout hatte ich noch 3 unterschiedliche Spulen 
eingesetzt, also nach Datenblatt berechnet was ich brauche. Tja aber in 
der Schaltung im Datenblatt sind ja auch 3 gleiche Spulen, also habe ich 
das auch getestet und siehe da, hat funktioniert. Daher habe ich dann 3 
gleiche SMD Spulen TFM252012ALMA2R2MTAA in 1008 verwendet.

Ich sitze gerade an einem neuen Board (dcdc_brd_ohne_ferrit) auch mit 
dem Regler und werde dort die Ferrite weglassen und auch am Ausgang 
statt zwei nurnoch einen Kondensator hinbauen. Statt der 22 uF aber wohl 
einmal 47 uF in 0805. Da sind mir Störungen recht egal weil das nur 
(fast, aber das ist mir egal) Digitalschaltung ist.

Edit:
Wo die Ferrite sind siehst du bei dcdc_brd, und zwar zwischen
VIN und 5V,
GNDIN und GND,
3.3V_OUT und 3.3V
1.8V_OUT und 1.8V
1.0V_OUT und 1.0V
Ich gerade nicht welche genau das sind, aber die sind in 0805, haben 
einen geringen DC Widerstand und verkraften 3 A. Ich vermute den 
Widerstand bei 100 MHz auf 1 kOhm oder 600 Ohm.

Der jeweils zweite Ausgangskondensator sitzt beim dcdc_brd auf der 
Unterseite, beim Eingang sitzen auch welche auf der Unterseite.

[Klaus R. (klara)]

RH schrieb:
> Dort wird an allen Ein- und Ausgangverbindungen mittels Ferrit-Imedanzen
> das Signal gefiltert.

Mit Beads allein filtert man nicht. Sie bilden dann T-Filter oder 
PI-Filter. Man sollte Schaltungen dann mit LTspice testen. Gerade Würth 
hat sich da löblich hervorgetan und stellt für die Bauteile Modelle zum 
Simulieren zur Verfügung. Murata und Kermet bieten so etwas auch an. Man 
braucht also nicht mehr blind kaufen, sondern testet und kauft danach 
erst ein.

Man staunt nur wenn man sieht welche unterschiedlichen Eigenschaften die 
Beads selber schon haben. Würth stellt da aber auch online interaktive 
Diagramme zur Verfügung. Auf dieser Basis kann man für das zu dämpfende 
Spektrum eine engere Auswahl treffen. Dann sucht man sich die passenden 
Kerkos aus. Deren Eigenresonanz muss dann zum Bead passen. Man wird aber 
sehen, ein Kerko reicht meist nicht aus. In der Regel werden es bis zu 
drei unterschiedliche Kerkos deren unterschiedliche Eigenresonanzen dann 
in der Parallelschaltung die gewünschte Wirkung zeigen.
LTspice ist Dein Freund.
mfg Klaus

[Klaus R. (klara)]

Gustl B. schrieb:
> Da sind mir Störungen recht egal weil das nur
> (fast, aber das ist mir egal) Digitalschaltung ist.

Und Du mußt mit Deiner Schaltung nicht ins Meßlabor, verstehe.
Nur, eine Schaltung die emittiert fängt sich auch leichter etwas ein.
mfg Klaus

[Gustl B. (-gb-)]

Ja, stimmt alles, aber auch ohne Ferrit sehen sie Störungen nicht 
schlimm aus.

Was mich aber sehr freuen würde wäre, wenn nicht nur ein Hobbybastler 
wie ich, sondern auch mal ein Profi etwas herzeigt das funktioniert. 
Mich würde z. B. interessieren ob bei einem Profi die Störungen nochmal 
deutlich geringer sind oder nicht. Oder ob der Profi dann nach anderen 
Zielen wie Platz oder Kosten optimiert oder nach Arbeitszeit und eben 
weniger optimiert weil er auch mit mehr Störungen durch den Test kommt.

[buckler (Gast)]

Wird wohl auf den einzelnen Entwickler ankommen, wie viel er
"mehr als nötig" macht, bzw. wie weit sein Produkt von alleine
schon unter dem Störpegel zu liegen kommt? Frage ist komplex...
einfacher zu beantworten: Was außer "besseres Layout" oder aber
Störungen schlicht wegfiltern wollen noch machbar sein könnte:

Gustl B. schrieb:
> auch ohne Ferrit sehen sie Störungen nicht schlimm aus.

Du hast ja mehrere integrierte kleine Halbbrückchen. Der Aufbau
der Leistungsstufe auf kleinstem Raum erleichtert diesbezüglich
vieles. Verhindert aber auch den Einsatz passiver, und erst recht
selbigen aktiver Hilfsnetzwerke für Soft Switching. Bei höheren
Leistungen kann genau das ein wirksames Mittel der Wahl sein. ART
Zellen, Clamping Switches, oder rein passiv - da gibt es vieles.
Hartes Schalten (incl. reverse recovery/Q_SR) muß ja nicht sein.

[Gustl B. (-gb-)]

Klar, könnte.

Hier im Forum bekommen Anfänger oft so sinnvolle Tipps wie
- nicht mit Masse fluten,
- keine rechten Winkel in Leiterbahnen,
- da sind keine Schutzdioden,
- ...

und es wird natürlich immer angezweifelt, dass die Schltung mit Layout 
irgendwelche Tests schafft oder überhaupt funktioniert.

Gleichzeitig wird einem Overengeneering vorgeworfen wenn man dann an 
irgendwelchen Details rumoptimieren will.

Für mich ist die Schaltung samt Layout hier gut genug, wenn ihr das oder 
etwas ähnliches besser gemacht habt, dann zeigt das doch einfach her.

Ich habe hier ein Notebook, ein T480S, da hört man bei CPU Last ein ... 
ich nenne es mal "spratzeln" also keinen Ton sondern ein eher wild. Aber 
gut hörbar wenn man normal am Gerät sitzt. Bei Datentransfer zur und von 
der SSD ist ein Fiepen zu hören. Das sind alles Produkte die es 
irgendwie durch Tests geschafft haben. Ich denke das ist alles nicht wo 
wild wie es hier oft aufgebauscht wird.

[Mark S. (voltwide)]

Zur Ursache der auf dem Oszilloskop sichtbaren Störungen: Diese Art von 
spikes finden sich in der Regel bei solchen Wandlern, sie sind 
keinesfalss die Ausnahme. Was Du tatsächlich siehst ist vmtl das 
magnetische Nahfeld des Wandlers, ausgesendet von der "heißen" 
Stromschleife durch die PowerMOSFETs und den zugehörigen 
Stützkondensator. Eingefangen wird dieses Feld durch die Schleife die 
Dein Tastkopf in Verbindung mit der zugehörigen Erdklemme aufspannt. 
Schließe mal die Tastkopfspitze kurz und "schnüffele" mit dieser 
H-Feld-Sonde im Bereich des Wandlers. Auch ohne eine elektrische 
Verbindung zum Wandleer wirst Du die spikes wiederfinden. Von daher 
erscheint es mir eher fraglich, dass Du mit Ferriten in den 
Ausgangsleitungen allzu viel erreichen wirst.

[Gustl B. (-gb-)]

Mark S. schrieb:
> Auch ohne eine elektrische
> Verbindung zum Wandleer wirst Du die spikes wiederfinden.

Natürlich. Stromschleifen erzeugen Felder.

Mark S. schrieb:
> Von daher
> erscheint es mir eher fraglich, dass Du mit Ferriten in den
> Ausgangsleitungen allzu viel erreichen wirst.

Mag sein. Aber die AC Stomschleife geht nicht über den Ferrit sondern 
ist lokal. Ich denke mir das so:
Der Ferrit hat bei hohen Frequenzen einen großen Widerstand. Zusammen 
mit einem Kondensator dahinter bildet das also einen Tiefpass für hohe 
Frequenzen. Nur ein Kondensator am Verbraucher ist kein Tiefpass. Nimmt 
man den Geringen Widerstand der Zuleitung dazu wird es schon ein wenig 
zu einem Tiefpass. Dann könnte man zwischen Kondensator am Verbraucher 
und Spannungsquelle noch einen kleinen Widerstand einbauen, wird auch 
oft gemacht, aber der ist auf für DC da. Der Ferrit ist für DC fast ohne 
Widerstand, also ein frequenzabhängiger Tiefpass. Nicht nur, dass die 
Dämpfung mit zunehmender Frequenz steigt, das ist ja auch beim normalen 
RC Tiefpass schon so. Mit Ferrit ist das R frequenzabhängig, also je 
höher die Frequenz, desto niedriger ist die Grenzfrequenz des Ferrit-C 
Tiefpass.

Taugt das als Gedanke?

Ich könnte den Ferrit auch weglassen, oder einen kleinen Widerstand 
verwenden aber wenn ich mit Ferrit einen Tiefpass bekomme durch den aber 
trotzdem ein großer DC Strom fließen kann dann nehme ich das mit.

[Alter Sack (Gast)]

Naja, in den besten Laboratorien der Welt wird oft auch nur mit ganz 
gewöhnlichen Wasser gekocht.

Bei Schaltwandlern dreht sich alles um die dort enstehende Schaltenergie 
so komplett wie möglich lokal zirkulieren zu lassen und das Abfließen 
von Störenergie beim Schaltwandern zu unterbinden.

Beim Layout der des eigentlichen Schaltwandlers muß auf alle 
Empfehlungen seitens des Herstellers im DaBla und App Notes geachtet 
werden. Speziell bei den Kondensatoren muß man sorgfältig recherchieren. 
Unterbrechungen einer Groundplane können sich EMV technisch fatal 
auswirken. Multilayer LP sind kein Allheilmittel, obwohl potenziell 
hilfreich.

Zur Eingangsseite hin sind optimal bemessene Gleichtakt Drosseln 
unentbehrlich und zusätzliche gezielte Störverminderungsmaßnahmen. Trotz 
aller Design Maßnahmen muß manchmal des Netzspeisegerätanschlußkabel mit 
einer Ferrit Hülse versehen werden die mitzertifiziert werden muß.

Auf der Ausgangsseite wird man trotz aller Schaltungsmaßnahmen im 
Bereich des Schaltwandlers schwer zu unterdrückende breitbandige 
Störimpulse finden. Da hilft dann nur Entkopplung mit entsprechend 
bemessenen Ferritdrosseln und Kerkos in Form von ein oder zweistufigen 
LC Filtern um die Flankensteilheit der Störimpulse zu verringern. Die 
Art der Kerkos und Werte sind recht kritisch weil man auch sehr auf 
Selbstresonanzen achtgeben muß. Über der SRF benimmt sich so ein C wie 
eine Induktivität und verschlimmert die Sachlage.

Die Gestaltung der LP ist außerordentlich wichtig und man soll alle 
erprobten Bekannten Abhilfemöglichkeiten je nach Grad der Störungen 
ausschöpfen. Manchmal hilft trotz aller schaltungstechnischen Maßnahmen 
zusätzlich nur noch Abschirmkäfige und strategisch plazierte SMD Ferrit 
Breitband Absorber.

Wenn man alle die bekannten Abhilfemaßnahmen vernünftig praktiziert kann 
man in der Praxis fast alle Designs beim ersten Mal erfolgreich 
zertifizieren lassen. In zwanzig Jahren meiner Entwicklungstätigkeit mit 
solchen Schaltungen habe ich ohne Ausnahme alle Produkte/LP beim ersten 
Mal erfolgreich die EMV Trsts bestehen lassen können. Es ist wirklich 
keine schwarze Magie. Nicht immer führt das Vorhandesein eines extrem 
gut ausgerüsteten Meßgeräteparks automatisch zum Ziel. Messungen an 
solchen Schaltungen können meßtechnisch herausfordender sein als man 
sich vorstellt.

Es gilt wie immer, die wirklichen Ursachen intuitiv zu verstehen und 
sich vorstellen zu können wie elektromagnetische Energie sich im Umfeld 
benimmt. Auch muß man sich intuitiv immer vor Augen halten, daß die Welt 
der Schaltungen voller unsichtbarer Rs, Ls und Cs besteht die alle je 
nach Aufbaubedingungen mit irgendwen ein Verhältnis als ungewünschte 
Resonanzen haben können die frequenzmäßig die tollsten unerwarteten 
Effekte verursachen können. Auch kann elektromagnetische Abstrahlung 
durch ungeschickte Leiterbahngeometrie die Probleme verschärfen. Ein C 
verhält sich ja nach Frequenz und Beschaltung manchmal als C wie 
gewünscht, oder auch als L, oder auch als Schwingkreis. Nichts ist 
augenscheinlich. Es gehört dann schon einige Erfahrung dazu, solche 
mögliche Abartigkeit mit dem geistigen Auge erkennen zu können.

Wie gesagt, bei Schaltwandlern muß unter allen Umständen darauf 
optimiert werden, daß die Schaltenergien praktisch perfekt intern 
zirkulieren und nicht wegfließen können. Die intern zirkulierenden 
Ströme im Kontext der parasitären Imperfektionen müssen richtig 
verstanden sein. Man kann das gar nicht dick genug unterstreichen. 
Entkopplung durch LC Filter ist oft der einzige Weg um klare 
Verhältnisse in der Totalschaltung zu schaffen. Natürlich sind 
gleichzeitig schnelle Digitalschaltungen wie FPGAs und uC ähnlich 
herausfordernd und bedürfen zahlreicher verbindungstechnischer 
Abhilfemaßnahmen da dort ähnliche Verhältnisse herrschen.

Auch die Wahl der Schaltfrequenz und Komponenten ist ein Thema für sich. 
Oft will man wegen Größe mit Frequenzen im MHz Gebiet operieren. Das 
bringt neue Probleme und Lösungen mit sich. Man sollte bei der Wahl 
weitsichtig planen.

Auch Messung mit dem Oszi ist nicht selbstverständlich. Schaltströme 
sollen nach Möglichkeit mit entsprechenden Stromwandlern gemessen werden 
und bei der Spannungsmessung muß den waren Nullpunkt des Schaltwandlers 
meßtechnisch erfassen sonst mißt man oft viel Mist. Ich spreche aus 
Erfahrung. Oft werden von weniger Versierten Effekte gemessen die nicht 
unbedingt Realität sind. Messungen mit dem Oszi in solchen Schaltungen 
will gelernt sein. Masseverbindungen darf man nicht als 
selbstverständlich abtun. Auch ein Spektrum Analyzer kann bei EMV 
Surveys mit Loop Proben extrem nützlich sein um sich ein besseres Gesamt 
Bild von der Sachlage machen zu können.

[Gustl B. (-gb-)]

Das waren jetzt viele Hinweise die für mich als Laie sinnvoll klingen. 
Ich frage mich aber auch was davon in der Praxis wirklich beachtet wird. 
Wenn ich hier an normale Elektrogeräte denke wie mein Notebook oder so, 
dann glaube ich kaum, dass da alles getan wurde was du empfiehlst. Und 
trotzdem kommen die Geräte durch Tests.

Edit:
Ich habe jetzt mal ein Gerät aufgemacht, einen Speedport 200. Der durfte 
also ganz sicher in Deutschland verkauft werden. Da drinnen gibt es 
Testpunkte für verschiedene Spannungen. Ich habe damit der Weg zur 
Oszimasse kurz bleibt direkt neben dem jeweiligen Testpunkt den 
Stopplack auf der Massefläche weggekratzt und mit der Massefeder dort 
verbunden. Die Schleife ist also genau so groß oder klein wie oben als 
ich an meiner Platine gemessen habe.

Bildchen im Anhang. Immer AC gekoppelt, teilweise 30 mV/Div und 20 
mV/Div. Ich finde das sieht nicht so irre toll aus. Aber urteilt selbst.

Edit:
Sorry, das 1.2V_200ns ist doppelt. Leider sieht man beim Editieren von 
einem Post nicht welche Dateien schon im Anhang sind.

[Alter Sack (Gast)]

Bitte mach zwei zusätzliche Bilder:

Einmal lose am Tisch liegend mit der Tastkopfspitze mit dem 
Tastkopfmassenkabel verbunden und selbe Einstellungen.

Einmal mit der Masse des Testobjekts verbunden und Spitze dort auf Masse 
gelegt.

Gibt es Änderungen beim Bewegen? Im näheren Umfeld normaler Räume gibt 
es viele Störquellen die man identifizieren und beachten sollte.

Es gibt oft Masseschleifen zwischen Testobjekt und Osziversorgung die 
man zuerst untersuchen muß. Nicht immer sind in solchen Fällen die 
angezeigten Artefakte unbedingt von der Test Schaltung.

Sollte auch bei kurzgeschlossenem Oszi Eingang ähnliche Artefakte 
sichtbar sein, stammen sie nicht unbedingt alleine vom Testobjekt.

Falls die von Dir beobachteten Signale Realität sind, heißt das nicht, 
daß sie vonm Schaltwandler kommen. Die schnellen digitalen Komponenten 
dort erzeugen ja ein eigenes taktmäßig nicht korrellierbares 
Störspektrum. Die Signale vom Schaltwandler sind ja bei konstanter 
nomineller Belastung vom Takt des Wandlers und seiner harmonisch 
ableitbaren Produkte ableitbar. Ein Impulsstörnebel so wie bei Dir 
könnte von den Digitalschaltungen kommen.

Ob der Speedport tatsächlich die EMV Vorhaltungen eingehalten hat hängt 
auch von anderen Faktoren ab. Die Art der LP, Gehäuseabschirmung. 
Vorgesehener Betrieb im Meßraum. Bei solchen Messungen werden teils mit 
vertikal und horizontal polarisierten Antennen gemessen, auch die 
Zuleitung vom Netzteil mit einem speziellen induktiven langen Meßwandler 
zur Erfassung von geleitetenen Störsignalen.

War bei Deinen ersten Tests nur eine Widerstandslast und keine digitalen 
Schaltkreise aktiv?

[Gustl B. (-gb-)]

So, ja habe ich gemacht. Und zwar:

Tastkopf erstmal offen, also Feder nicht mit Spitze verbunden ca. 20 cm 
neben dem Speedport und dem Oszi.
Tastkopf verbunden, also Feder mit Spitze ca. 20 cm neben dem Speedport 
und dem Oszi.
Tastkopf offen, und zwar so weit wie möglich im Speedport beim 
Schaltregler aber ohne dort was zu berühren.
Tastkopf verbunden, und zwar so weit wie möglich im Speedport beim 
Schaltregler aber ohne dort was zu berühren.
Tastkopf an der Masse beim 1.2 V Testpunkt. Feder und Spitze am gleichen 
Punkt auf der Massefläche.
Tastkopf an der Masse beim 2.5 V Testpunkt. Feder und Spitze am gleichen 
Punkt auf der Massefläche.
Tastkopf an der Masse beim 3.3 V Testpunkt. Feder und Spitze am gleichen 
Punkt auf der Massefläche.

Alter Sack schrieb:
> War bei Deinen ersten Tests nur eine Widerstandslast und keine digitalen
> Schaltkreise aktiv?

Nein. Bei der Messung war das FPGA und andere Hardware wie ein 25 
Msample ADC mit 16 Datenleitungen aktiv. Auch ein Taktteiler, mehrere 
Pegelwandler und OPVs waren angeschlossen und in Betrieb. An der 
gemessenen 1.8 V Versorgung hingen aber nur FPGA (eine Bank), der ADC 
(der Digitalteil), ein Pegelwandler und ein Hypermemory Stein.

Oh und wer die Messungen selbst machen will, das ist ein Rigol MSO5000, 
ein PVP2350 Tastkopf (der war dabei) in 10X Einstellung und ein 
Speedport 200 (gibt es günstig bei eBay) ohne angeschlossene Geräte 
(auch kein DSL) ausser dem mitgelieferten 15 V Netzteil.

[Alter Sack (Gast)]

Danke für die Versuche. Man sieht es tut sich etwas.

Was die Schaltung betrifft, sind die beobachteten Artefakte einfach 
Realität der digitalen HW. Man müßte idealerweise wirklich die 
Gesamtschaltung und das ECAD Layout und aktuellen Aufbau studieren 
können um soch ein genaueres Bild von der Situation machen zu können.

Wie sieht denn bei Dir die Entkopplung der FPGA und anderer schaltenden 
Komponenten von der Stromversorgung aus? Sind beim FPGA die üblichen vom 
Hersteller empfohlenen Ferrite und C Anordnungen vorschriftsmäßig 
vorhanden? Sind die Cs nach SRF analysiert? Inwieweit sind SRFs und Takt 
zueinander gestellt? Falls nicht, wirst Du damit leben müssen bis es 
eine andere LP gibt. Die Entkopplung solcher Bausteine ist sehr wichtig. 
Gibt es da auch einen uC auf der LP. Auch die Terminierung schneller 
Taktleitungen zueinander wir das Gesamt EMV Bild beeinflussen. Ohne das 
Design im Detail studieren zu können, ist dman da schon am raten. Es 
wäre gut wenn jemand Erfahrener mir zusammen im Labor das alles durch 
gehen könnte. Hier im Forum kann man nur generalisieren.

Wieviele Lagen hat die LP? Ist das FPGA ein BGA Package? Sind die 
benötigten Vdd Cs unterhalb mit kürzestenden Abstand?

Der Schaltregler ist höchstwahrscheinlich nur bis zu einem bestimmten 
Grad für die beobachteten Störsignale verantwortlich.

Ganz wichtig:

Am besten triggerst den Oszi vom Schaltregler Schaltausgang mit einem 
separaten Tastkopf. Dann wiederhole Deine bisherigen Messungen am Ein- 
und Ausgang. Durch die gezielte Triggerung sollten zumindest die 
Schaltregler Artefakte vom übrigen Teil der Gesamtschaltung asynchron 
sein und SR Störsignale stabil sichtbar.

Wenn Dir ein guter Spectrum Analyzer zur Verfügung steht, dann mach Dir 
aus RG-316 ein BNC Meßkabel mit ein paar Wdg Kupferlackdraht (6mm Dia.) 
als Kopplungsspule und taste dann Deine Schaltung im 
Planquadratverfahren in 1cm Abstand ab und zeichne die so erhaltenen 
Werte auf um Dir ein Bild über die LP Hotspots machen zu können. Diese 
Methode ist zwar nich meßtechnisch erhaben, gibt aber ein gewisses Bild 
über die Störquellen und deren Verbreitung. Du wirst im Zentrum von LSI 
ICs wahnsinnige Pegelwerte erfassen können. Die Chip Die Positionen im 
Gehäuse sind meist EMV "Höllenmaschinen". Man muß auf alle Fälle wie die 
Pest vermeiden über solche ICs Flachkabel zu führen. Die taktführenden 
Leitungen müssen Serienwiderstände entsprechenden Wertes haben. Notfalls 
selbstklebende auf Masse gelegte Kupferfolien drauf kleben. Wenn es 
wirklich nicht anders geht muß man mit Abschirmungen aus Weißblech 
arbeiten die vorschriftsmäßig mit vielen Vias mit der internen 
Groundplane an den Seiten verbunden sind. So etwas gibt es zu kaufen. Es 
gibt spezielle Verbinder für die Abschirmhauben die man danach nur 
aufstecken muß und eine gute HF mäßige Ableitung erlauben.

EMV Design muß hollistisch angegangen werden und Einzelursachen erfasst, 
analysiert und entsprechend mitigiert werden um das Gesamtverhalten 
entscheidend zu verbessern.

T.I hat da eine gute App Note für EMV verträgliches Design von schnellen 
Digitalschaltungen.

[Gustl B. (-gb-)]

Ähm ... die Bilder und Messungen meinen letzten BEIDEN Posts habe ich am 
Speedport 200 gemacht, nicht an meiner Hardware. Mit meiner Hardware bin 
ich zufrieden. Ich muss damit durch keine Prüfung und wenn, dann würde 
ich das in ein Metallgehäuse stecken.

[Alter Sack (Gast)]

Gustl B. schrieb:
> Ähm ... die Bilder und Messungen meinen letzten BEIDEN Posts habe
> ich am
> Speedport 200 gemacht, nicht an meiner Hardware. Mit meiner Hardware bin
> ich zufrieden. Ich muss damit durch keine Prüfung und wenn, dann würde
> ich das in ein Metallgehäuse stecken.

OK. Naja. Aus meiner Erfahrung sind die Beobachteten Artefakte typisch 
im digitalen Umfeld und nicht ungewöhnlich. Wenn es auch auf der 
Speedport 200 "gruselig" aussieht, bedeutet das nicht, daß es unbedingt 
die zugelassenen Grenzwerte übersteigt.

Schaltregler EMV wird durch Leitmessungen im Zuführungskabel erfasst und 
digitaler Takt Störnebel über Antennen. Solange der Speedport keine 
verdrahtungstechnischen Designfehler enthält und die LP EMV gerecht 
entwickelt wurde haben die von Dir beobachteten Signale wenig 
Aussagewert. Es kommt ja auch auf die Amplituden und Flankensteilheit 
der zu schaltenden (Takt) Leitungen an.

Muß jetzt weg. Gute Nacht!

[Gustl B. (-gb-)]

Alter Sack schrieb:
> Solange der Speedport keine
> verdrahtungstechnischen Designfehler enthält und die LP EMV gerecht
> entwickelt wurde haben die von Dir beobachteten Signale wenig
> Aussagewert.

Sehe ich auch so. Genau deshalb mache ich mir da auch keine Sorgen wenn 
ich sowas bei meiner Schaltung sehen würde.

Gute Nacht!