10 falsche Glaubenssätze

1.) EMV sei schwarze Magie

Dieser Glaubenssatz begegnet mir sehr häufig. Es gibt ihn in diversen Abwandlungen. EMV sei Voodoo; EMV gleiche Lottospielen, etc.

Fakt ist, EMV ist nur Physik. Zugegeben, nicht immer eine einfache. Aber ich sehe auch immer wieder in überraschte Gesichter, wenn ich erläutere wie viel Dinge man mit dem ohmschen Gesetz erklären kann.

EMV wird meist sehr viel komplizierter verkauft, als es für die meisten Anwendungen sein müsste. Wenn ich alles erklären möchte, komme ich um komplexe Differentiale, Integrale und mehr nicht umhin.

Aber, etwa 95 % aller Problemstellungen kann man mit viel einfacheren Mitteln auf den Grund gehen.

Mehr Details finden sich in den nachfolgenden 9 Mythen.

Schnittmenge Elektronik + Mechanik ist EMV

2.) Für die EMV sei der Schaltungsentwickler zuständig

EMV ist Teamarbeit!

Dem Schaltungsentwickler kommt eine wichtige Rolle zu. Aber er kann eine gute EMV bei weitem nicht allein sicherstellen.

Eine gute EMV ist die Folge vieler guter Kompromisse zwischen unterschiedlichen Fraktionen.

Details zur Teamarbeit finden Sie hier.

3.) EMV könne man erst richtig entwickeln, wenn eine erste Hardware auf dem Tisch liegt

Diese falsche Überzeugung hängt stark mit dem erst genannten Glaubenssatz zusammen. Da man glaubt EMV während der Auslegung nicht fassen zu können, beschränkt man sich auf das spätere Messen der Hardware.

Zum Zeitpunkt da die erste Hardware auf dem Tisch liegt sind aber rund 80 % der möglichen EMV-Stellschrauben festgezurrt, teilweise wie in Beton gegossen. Die restlichen 20 % sollen es dann richten. Meist erfolglos. Eine – oft ungeplante – Entwicklungsschleife ist die Konsequenz. Viele davon könnten vermeiden werden.

Details zur Umsetzung

Schnittmenge Hardware + Software ist EMV

4.) Software habe nichts mit EMV zu tun

Software kann manche EMV-Maßnahme in Hardware überflüssig machen. Auf der anderen Seite führt EMV aber auch zu manchen vermeidbaren Fehlern. Wichtig ist es die Kollegen an Ihrem aktuellen Wissensstand abzuholen. Das führt in Folge oft zu nicht für möglich gehaltene Fortschritte in der EMV.

Normalerweise rangiert eine hohe Genauigkeit weit oben in der Anforderungsliste der Software. Das ist auch gut so. Aber wie fast alles hat auch dies seine Schattenseiten, die man kennen und abwägen muss. Eine hohe Abtastrate eines Signals bedeutet auch immer eine potentiell hohe Empfindlichkeit gegenüber EMV-Einflüssen.

Eine Temperatur muss fast nie in Sekundenbruchteilen ausgewertet werden. Nimmt man hier aber Auswerteroutinen „von der Stange“ so handelt man sich schnell ein EMV-Problem ein, das gar nicht sein müsste.

Deshalb heißt die Devise: So schnell wie notwendig und so langsam wie möglich.

Vergleichbare Ansätze findet man bei der Auslegung von Filtern oder Plausibilitätsabfragen.

All diese Dinge macht ein Software-Entwickler, der um die Zusammenhänge weiß, quasi nebenher. Sie kosten nichts.

CE + CE ≠ CE

5.) Wenn alle Subkomponenten ihre EMV-Tests bestehen, würde auch das Gesamtsystem bestehen

Die Vermutung grüne Ampel plus grüne Ampel ergäbe in Summe wieder eine grüne Ampel erweist sich in hohem Maße als Irrtum.

Dies hängt zusammen mit der Situation an den Schnittstellen der Teilkomponenten. Jede dieser Schnittstellen ist hf-mäßig davon abhängig wie die Beschaltung auf der anderen Seite aussieht. Dies ist NIE rückwirkungsfrei.

Die EMV-Messung einer Teilkomponente berücksichtigt deshalb nie alle Konsequenzen unterschiedlicher Außenbeschaltungen. Es macht für eine Schnittstelle einen großen Unterschied, ob sie ein niederimpedantes oder hochimpedantes Gegenüber sieht, ob dies eher kapazitiver oder induktiver Natur ist.

Gleichwohl ist dies kein Persilschein für die Entwickler der Teilkomponenten. Auch wenn man das Gegenüber nicht genau kennt, so können doch einige Überlegungen und Recherchen die mögliche Situation enger eingrenzen.

Schuldzuweisungen über Schnittstellen hinweg sind meist nutzlos

Deshalb die Suche nach dem einen Schuldigen im System nicht zielführend und löst keine Probleme! Auch hier gilt wieder EMV ist Teamarbeit.

Und der Blick über den eigenen Tellerrand ist unbedingt notwendig.

6.) Im Zweifel hälfe ein zusätzliches Filter oder eine Schirmung

Oft wird eine Auslegung von EMV-Schutzmaßnahmen auf die Zeit nach den ersten EMV-Messungen verlegt (siehe Glaubenssatz #3). Teilweise ist dies gepaart mit der Annahme, dann nur die Filter- und Schirmmaßnahmen verwenden zu müssen, die auch tatsächlich notwendig wären. Damit erhofft man sich nicht zuletzt Kosten zu sparen.

Das Gegenteil ist jedoch der Fall. Weder bei Filtern noch bei Schirmmaßnahmen gibt es die eine allgemeingültige Ausführung, die hilft. Beide müssen an die Gegebenheiten und die Charakteristika der Störungen angepasst werden.

Filter

Bei Filtern ist es in der Regel so, dass diese möglichst nah an die Quelle (bei Emission) bzw. möglichst nah an die Eintrittsstelle (bei Störfestigkeit) platziert werden müssen. Außerdem müssen die Impedanzverhältnisse des Filters an die Situation am Ort des Filters angepasst werden.

Ist dies nicht der Fall so befinden sich im Filterkreis zusätzliche Impedanzen, die die Filterwirkung hemmen. In der Folge müssen die Filter größer dimensioniert werden und werden damit teurer. Je größer die elektrische Entfernung wird, desto höher wird auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Störungen andere und oder mehrere Pfade nehmen, sodass das Filter gar nicht mehr wirken kann.

Schirme

Schirme wirken generell nur im Zusammenspiel mit Filtern. Jede Schirmung wird durchbrochen von Leitungen, anderen Anschlüssen, Anzeigen o.ä. die mittels Filter „geschlossen“ werden müssen. Außerdem ist nicht jedes Schirmmaterial für jede Art von Störung geeignet.

In jedem Fall wird also eine spätere Schirmung und/oder Filterung aufwändiger, teurer und schwerer werden und meist mehr Bauraum beanspruchen. Dabei ist keineswegs gewährleistet, dass die Maßnahmen auch wirken. In sehr vielen Fällen wird ein tiefer Eingriff ins Design dennoch unumgänglich sein.

7.) EMV-Normen beschrieben die durchzuführenden EMV-Tests umfänglich

Normen sind immer ein Kompromiss vielfältiger Interessen der an der Entstehung der Normen Beteiligten. Dies ist weder anrüchig noch zu beanstanden. Man sollte sich aber der Tatsache bewusst sein.

Normen sollen in einen breiten Anwendungsfeld Gültigkeit haben. Das schließt einen hohen Detailierungsgrad von vornherein aus.

Relativ eindeutig sind Normen meist nur bzgl. der Grenzwerte, die sie definieren. Bzgl. der Durchführung können sie nur grobe Leitplanken vorgeben.

So unterschiedlich wie die verschiedenen Prüflinge sind, so unterschiedlich sind auch EMV-Tests in der konkreten Umsetzung. Wie die Überprüfung der anforderungsgerechten Funktion zu erfolgen hat, findet sich in nahezu keiner Norm. Wann ein Zustand unter EMV i.O. ist oder nicht, hängt maßgeblich vom Prüfling selbst ab.

Ein ausführlicher Testplan ist für ein gutes und belastbares EMV-Ergebnis unablässig. Eine Checkliste für einen guten Testplan finden Sie in der EMV-Bibliothek.

Mehr zur EMV-Richtlinie und Normen

8.) Um EMV zu verstehen, müsste ich mit den Maxwell‘schen Gleichungen per Du sein

Die Maxwell’schen Gleichungen haben innerhalb der EMV einen hohen Stellenwert. Will ich JEDES EMV-Problem lösen, komme ich um deren Anwendung nicht umhin.

Ein EMV-Simulationstool zu programmieren ohne die Anwendung Maxwell’scher Gleichungen ist völlig undenkbar. Auch wer Feldlöser benutzt, tut gut daran sich mit den Gleichungen auseinander zu setzen.

Gleichwohl sind sie nicht für die Lösung jedes EMV-Problems notwendig. Sehr viel mehr als gemeinhin gedacht lässt sich z.B. mit dem Ohm’schen Gesetz erklären.

Wer einmal die grundsätzliche Wirkungsweise der 4 verschiedenen Kopplungseffekte verstanden hat kann mindestens 90 % aller EMV-Problemen auf den Grund gehen.
Natürlich lassen sich die die Kopplungseffekte auch unter Zuhilfenahme der Maxwell’schen Gleichungen erklären. Es geht aber auch ohne.

Mittels einfacher grafischer Darstellungen ist dieses Verständnis meist sehr viel einfacher zu erlangen als über die mathematisch Korrekte.

9.) Wenn durch Abschalten einer Teilkomponente ein Fehler verschwindet, hätte ich den Verursacher gefunden

Trial ’n Error ist beliebt bei der Fehleranalyse. Es werden Funktionen lahmgelegt, verdächtige Leitungen abgekoppelt oder Schaltungsteile entfernt.

Am Punkt, an dem der Fehler nicht mehr auftritt, folgt oft ein fataler Schluss. Dass das zuletzt entfernte Teil sei verantwortlich für die Störung. In Folge werden an dieser Stelle Abhilfemaßnahmen definiert. Das böse Erwachen folgt bei der Messung der geänderten Prüflinge.

Dieses Vorgehen ist nicht prinzipiell falsch, sollte aber auf keinen Fall als alleinige Form der Fehleranalyse betrachtet werden. Zunächst müssen nach scheinbarer Fehlerbeseitigung alle Maßnahmen mit Ausnahme der Letzten rückgängig gemacht werden, um sicherzugehen, dass es sich nicht um den Erfolg der Summe verschiedener Änderungen handelt.

Ursache oder Phänomen?

Selbst wenn die Fehlerbehebung auf nur eine Maßnahme zurück zu führen ist, so ist jedoch noch nicht sicher, ob es sich tatsächlich um die Ursache handelt! Es könnte z.B. auch ein Koppelpfad unterbrochen sein, der die eigentliche – noch unbekannte – Ursache daran hindert sichtbar zu werden. Wird die vermeintliche Ursache später – ergänzt durch eine Schutzmaßnahme – wieder eingebaut, zeigt sich der Fehler oft erneut.

Es wurde nur das Phänomen bekämpft, aber nicht die Ursache.

Noch viel gravierender wird ein solcher Fall, wenn mein Prüfling Teil eines größeren Systems ist. In der Komponentenmessungen konnte scheinbar die Störung eliminiert werden. Wird die Komponente Teil des Systems, ändern sich wechselseitige Beeinflussungen von Teilkomponente und System. Der Fehler tritt wieder auf.

Viel Zeit und Geld wurde vertan, ohne der Lösung näher zu kommen.

Vertrauen Sie keinem Ergebnis ungeprüft

Vertrauen Sie deshalb nie ungeprüft auf eine Messung. Hinterfragen Sie das Ergebnis auf physikalische Plausibilität. Nutzen Sie weitere Möglichkeiten zur Verifikation – sei es durch Berechnung, Simulation oder einfach durch Befragung eines Experten.

So wie ich keinem Messergebnis blind glaube, so vertraue ich auch keinem Simulationsergebnis. Das Ergebnis muss durch andere Maßnahmen oder zumindest durch eine statisch ausreichende Anzahl korrekter ähnlicher Simulationen bestätigt werden.

Ein guter EMV’ler hinterfragt deshalb erst einmal jedes Ergebnis. Nicht, weil ich es per se besser wüsste. Ich habe oft genug erlebt, welche Folgen das fehlende Hinterfragen der eigenen Arbeit hatte. Deshalb ist dies auch nicht als Zweifel an der Kompetenz des Messenden zu verstehen.

10.) Für EMV-Tests sei ein großer Messgerätepark notwendig

Welche Messgeräte werden für EMV-Messungen benötigt?

Hier müssen 2 Dinge unterschieden werden. Handelt es sich um normkonforme Messungen zur Freigabe eines Geräts (meist am Ende des Projekts) oder um entwicklungsbegleitende Messungen? Um die Normkonformen Messungen soll es hier nicht gehen. Ein großes EMV-Labor für Freigabezwecke werden sich die wenigsten selbst einrichten wollen. Nutzen sie stattdessen die Vielzahl der vorhandenen Messlabore.

Schaltungsdetails im Fokus

Was ist sinnvoll in der Designphase? Vielfach wird angenommen der beste Weg sei, sich die gleichen Messmittel anzuschaffen, wie sie in externen Laboren zum Einsatz kommen.

Diese Annahme ist nicht nur falsch, sie käme auch extrem teuer. Das wäre mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Das Bild gilt auch für die Erfolgsquote – miserabel.

Normkonform vs. entwicklungsbegleitend

Die normativen Messverfahren sind für Analysezwecke ungeeignet. EMV-Normen haben immer ein ganzes Produkt im Fokus. Bei Analysemessungen ist der Fokus stärker auf Details gerichtet. Mit den Messverfahren nach Norm ist es meist nicht möglich diese Details herauszuarbeiten.

Qualitative Ergebnisse statt quantitative

Es geht bei Analysemessungen um eine Tendenzbetrachtung, fast nie um Absolutwerte. Dies reduziert die Anforderungen an die Genauigkeit der Messgeräte. Messungen finden fast immer im unmittelbaren Nahbereich der Testobjekte statt. Damit reduzieren sich auch Leistungsanforderungen und Größen. Große Verstärker werden ebenso wenig benötigt wie große Antennen.

All dies führt dazu, dass die notwendigen Geräte kleiner, handlicher und letztlich wesentlich billiger werden. Sie können in der Nähe des Arbeitsplatzes des Schaltungsentwicklers eingesetzt werden. Je nach Zielsetzung der Messungen kann sogar auf eine geschirmte Messkabine verzichtet werden.

Mit Emissionsmessungen beginnen

Die Mehrzahl der EMV-Probleme liegt im Bereich der Emission. Deshalb empfiehlt es sich, wenn man über die Schaffung von EMV-Messmöglichkeiten nachdenkt, hier anzufangen. Für den Anfang reicht ein Spektrumanalyzer oder ein Oszilloskop mit FFT-Funktion. Letzteres ist oft ohnehin vorhanden. Zusätzlich benötigt man ein paar Nahfeldsonden. I.d.R. reichen 2 unterschiedlich große Magnetfeldsonden und eine E-Feld-Sonde.

Eine reduzierte Emission kommt auch immer der Störfestigkeit zu Gute.

Messgeräteperformance

Der Frage will schnell mein Messgerät sein muss kann man sich mit der sogenannten 5er-Regel nähern. Wie schnell sind die steilsten Flanken, die ich noch detektieren will? Daraus leiten Sie die zugehörige Frequenz habe und multiplizieren dies mit 5. Warum 5? Um eine für diese Zwecke ausreichende Genauigkeit zu erreichen muss ich mindestens die 5. Harmonische erfassen. Wem dies zu wenig ist, nehme einen entsprechend höheren Faktor.

Beispiel:
Meine steilsten Schaltvorgänge sollen eine Flankenzeit von 10 ns haben. Das entspricht einer Frequenz von 100 MHz. Also benötige ich mindestens ein 500-MHz-Osci.

Da ich mich immer im Nahfeld bewege, muss ich beachten, dass hier E-Feld und H-Feld nicht in einer festen Beziehung zueinanderstehen, wie dies im Fernfeld der Fall ist. Die Nutzung vereinfachter Messgeräte entbindet mich also nicht von der Forderung gewisse Grundlagen der EMV zu kennen. Nicht dass am Ende das Sprichwort ‚Wer viel misst, misst Mist‘ greift.

Gute Ideen ersetzen dicke Geldbeutel

Gutes EMV-Wissen hilft unorthodoxe Lösungen zu finden.

Das wohl günstigste „Messmittel“ für ESD-Abschätzungen ist ein entleertes Piezo-Feuerzeug. Ich habe dabei keine Kontrolle über Amplitude und Steilheit. Bei der ersten Fehlersuche kann es aber nützliche Dienste leisten. Das Piezoelement generiert erfahrungsgemäß Spannungen im Bereich von 4 – 6 kV. Von Vorteil ist ein Feuerzeug, bei dem das Piezoelement am Ende eines biegbaren Halses sitzt.

Das Feuerzeug ist sicher ein Extrembeispiel, das nicht repräsentativ für das Gros der sinnvollen Messgeräte ist. Es zeigt aber, dass man für EMV-Analyse-Messungen in Eigenregie kein 6-stelliges Budget benötigt.

3 Punkte sind hier wichtig:

Ich muss wissen was ich tue. Quantitativ geht hier gar nichts – qualitativ schon.
Bei der Emission lohnen sich DIY-Messmittel kaum. Es gibt hervorragende und preiswerte Tools zu kaufen.
Bei der Störfestigkeit dagegen gibt es Möglichkeiten mit gutem Kosten-Nutzen-Verhältnis.
Am Projektende geht kein Weg an normkonformen Messungen mit meist teuren Messmitteln vorbei. Aber hier gibt es ausreichend viele und gute Dienstleister.

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