DE10358794B4

DE10358794B4 - Nahfeld-Messverfahren für gedruckte Schaltungsplatinen

Info

Publication number: DE10358794B4
Application number: DE2003158794
Authority: DE
Inventors: Dr.phil. Kreitmair-Steck Wolfgang; Wolfgang Tauber
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2023-12-13
Also published as: DE10358794A1

Abstract

Verfahren zur berührungslosen, reproduzierbaren Überprüfung des Funktionsverhaltens von mindestens einer gedruckten, bestückten, zu testenden Schaltungsplatine auf die elektromagnetische Emission einer innerhalb einer räumlich engen Platinenanordnung benachbart angeordneten gedruckten, bestückten Scessen der elektromagnetischen Emissionen einer gedruckten, bestückten Referenzplatine im laufenden Betrieb der gedruckten, bestückten Referenzplatine im Nahfeldbereich mittels mindestens einer Antenne; b) Speichern des gemessenen elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine; c) Abstrahlen des gemessenen und gespeicherten elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine mittels der gleichen Antenne als Testspektrum auf die in einem laufenden Betrieb befindliche gedruckte, bestückte Schaltungsplatine im Nahfeldbereich; d) Überprüfen des Funktionsverhaltens der gedruckten, bestückten Schaltungsplatine unter Einwirkung des Testspektrums.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein berührungsloses Nahfeld-Messverfahren für gedruckte, bestückte Schaltungsplatinen zur reproduzierbaren Überprüfung des Funktionsverhaltens mindestens einer gedruckten, bestückten Schaltungsplatine auf die elektromagnetische Emission einer innerhalb einer räumlich engen Platinenanordnung benachbart angeordneten gedruckten, bestückten Schaltung.
Stand der Technik
Aus der US 5 218 294 A ist Verfahren zum berührungslosen Messen eines Nahfeldes einer mit Bauteilen bestückten gedruckten Schaltungsplatine (nachfolgend kurz PCB = printed circuit board genannt) bekannt. Das Verfahren dient dazu, das PCB auf Platinenfehler bzw. defekte Bauteile zu überprüfen. Dies geschieht auf folgende Weise. Zunächst wird ein fehlerfreies PCB vermessen und die Messdaten als Referenzdaten gespeichert. Dann werden weitere PCBs vermessen und deren Messdaten mit den gespeicherten Referenzdaten verglichen. Aus dem Vergleich ergibt sich, ob das PCB bzw. einzelne Bauteile defekt oder fehlerfrei sind. Zur Messung selbst wird die elektromagnetische Abstrahlung des jeweiligen PCBs und seiner Bauteile im laufenden Betrieb des PCBs erfasst. Die Erfassung erfolgt mit Hilfe einer sog. Sensormatrix, die eine oder mehrere Antennen umfasst, welche das vom PCB bzw. seinen Bauteilen abgestrahlte elektromagnetische Feld detektieren.
Gedruckte, bestückte Schaltungsplatinen werden üblicherweise in Vorrichtungen wie z. B. Datenverarbeitungseinrichtungen verwendet, in denen sie in räumlich sehr beengter Anordnung und in unmittelbarere Nachbarschaft zu weiteren Schaltungsplatinen angeordnet sind. Da die Schaltungsplatinen elektromagnetische Strahlungen emittieren können sich die Schaltungsplatinen gegenseitig beeinflussen, wodurch selbst bei einer an sich intakten Schaltungsplatine unerwünschte Störungen auftreten können.
Das Funktionsverhaltens einer einzelnen Schaltungsplatine bzw. einer aus mehreren Schaltungsplatinen gebildeten Platinenanordnung auf die von den Schaltungsplatinen ausgehende elektromagnetische Emission ist für das Betriebsverhalten des Gesamtsystems, in das die Platinen eingebunden sind, daher von nicht unerheblicher Bedeutung und muss entsprechend überprüft werden. Eine solche Überprüfung ist jedoch sehr komplex und aufwendig. Es wäre daher erstrebenswert, ein geeignetes, effektives Prüfverfahren bereit stellen zu können.
Die US 6 201 203 B2 offenbart ein Verfahren und ein System zur automatischen Bildung einer Vielzahl von Packungen von Gruppen von Artikel, wobei die Artikel entlang einer Förderstrecke bewegt werden in einer im wesentlichen durchgehenden Bewegung. Die gewählten Artikel werden zu ausgewählten Puffereinheiten zur Aufbewahrung übertragen als Reaktion auf Auswahlsteuersignale von einer zentralen Verarbeitungseinheit. Die zentrale Verarbeitungseinheit erzeugt die Steuersignale entsprechend vorbestimmten Verpackungskriterien. Die Gruppen der Artikel werden in den Puffern in einer Schicht gespeichert, die einer Schicht einer Mehrzahl von Schichten entspricht, um in einer der Vielzahl von Packungen vereint zu werden. Die gesamte Schicht im Puffer wird dann auf einmal überführt in eine zugehörige Packung nachdem der Zusammenbau dieser Schicht durchgeführt ist aus der Ansammlung individueller Artikel, die von der Förderstrecke übertragen werden. Die Artikel werden selektiv ausgerichtet in der Förderstrecke stromaufwärts von den Puffer, damit individuelle Artikel innerhalb jeder Gruppe entsprechend den vorbestimmten Verpackungskriterien orientiert werden können.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein effektives und zuverlässiges Verfahren zur reproduzierbaren Überprüfung des Funktionsverhaltens einer gedruckten, bestückten Schaltungsplatine auf die elektromagnetische Emission einer innerhalb einer räumlich engen Platinenanordnung benachbart angeordneten gedruckten, bestückten Schaltung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieses Verfahren zur berührungslosen, reproduzierbaren Überprüfung des Funktionsverhaltens von mindestens einer gedruckten, bestückten, zu testenden Schaltungsplatine (Testplatine) auf die elektromagnetische Emission einer innerhalb einer räumlich engen Platinenanordnung benachbart angeordneten gedruckten, bestückten Schaltungsplatine, umfassend folgende Schritte:

a) Messen der elektromagnetischen Emissionen einer gedruckten, bestückten Referenzplatine im laufenden Betrieb der gedruckten, bestückten Referenzplatine im Nahfeldbereich mittels mindestens einer Antenne;
b) Speichern des gemessenen elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine;
c) Abstrahlen des gemessenen und gespeicherten elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine mittels der vorzugsweise gleichen Antenne als Testspektrum auf die in einem laufenden Betrieb befindliche Testplatine im Nahfeldbereich; und
d) Überprüfen des Funktionsverhaltens der Testplatine unter Einwirkung des Testspektrums.

Der Nahfeldbereich liegt vorzugsweise in einem Abstand von ca. 5 bis 150 mm, insbesondere 10 bis 100 mm von der betreffenden Platine.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Datensammlung der elektromagnetischen Emissionsspektren einer Vielzahl von beliebigen Referenzplatinen angelegt und für weitere Verfahrensschritte verwendet werden. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Emissionsverhalten einer beliebigen Referenzplatine allein durch das Abstrahlen des Testspektrums mittels der Antenne gewissermaßen simuliert werden. Für die Überprüfung der Testplatine ist es hierbei folglich nicht erforderlich, die betreffende Referenzplatine, von der das dem Testspektrum zugrunde liegende elektromagnetische Emissionsspektrum stammt, in eine Versuchsanordnung einzubauen bzw. bei komplexeren Platinenanordnungen die jeweiligen Referenzplatinen auszutauschen. In die betreffende Platinen-Testanordnung ist lediglich die Antenne einzubringen und in der o. g. Art und Weise zu betreiben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auch in unterschiedlichsten und komplexen Platinen-Einbausituationen eine zuverlässige, reproduzierbare, schnelle, automatisierbare und damit sehr rationelle Überprüfen des Funktionsverhaltens der Testplatine bzw. Testplatinen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb auf vorteilhafte Art und Weise die elektromagnetische Störbarkeit von Platinen durch Nachbarplatinen sowohl im eingebauten Zustand in einem Gerät als auch ausgebauten Zustand sicher und zuverlässig überprüft werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich damit insbesondere auch zur Festlegung und Überprüfung von Emissionsgrenzwerten von gedruckten, bestückten Schaltungsplatinen oder Platinenanordnungen wie zum Beispiel in Datenverarbeitungseinrichtungen oder dergleichen.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:
1 Elektronik-System mit mehreren PCBs
2 Rahmen-Antenne
3 Antennenfaktoren (Rahmenantenne)
4 Dipolantenne ohne Balun
5 Dipolantenne mit Balun
6 Antennenfaktoren (Dipol, Abstand 1 cm)
7 Antennenfaktoren (Dipol, Abstand 100 cm)
8 Umgebungsmessung mit Standard-EMC-Antennen (1 m Abstand)
9 Umgebungsmessung mit einer Dipol-Antenne
10 Umgebungsmessung mit einer Rahmen-Antenne
11 Gestrahlte Emission in 1 m Entfernung mit Standard-EMV-Antennen und einem 10 cm Dipol im Vergleich
12 Vergleich von Messwerten mit der theoretischen Modellierung
13 Test-Konfiguration mit einem einfachen PCB ausserhalb eines Gehäuses in einer EMV-Messkammer
14 Test-Konfiguration mit einem einfachen PCB innerhalb eines offenen Gehäuses in einer EMV-Messkammer
15 Messergebnisse einer Dipol-Antenne ausserhalb und innerhalb eines Metallgehäuses im Vergleich
16 Strahlungs-Nahfeld-Messung (ca. 5 cm Abstand) komplexer PCBs
17 Vorschlag einer Grenzwertkurve/Grenzwertspektrum für Strahlenemissionen von PCB
18 Vorschlag von Grenzwertkurven/Grenzwertspektren für Störfestigkeitstests von PCBs gegenüber Einstrahlungen
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Definition des notwendigen Qualifikationsprozesses von Platinen bzw. gedruckten, bestückten Schaltungsplatinen (Printed Circuit Boards/PCBs) um sicherzustellen, dass sich das EMV-Verhalten innerhalb eines Gehäuses, z. B. bei einem IMA-System (Integrierten Modularen Avionik) beim Austausch eines beliebigen PCBs nicht verändert.
Es werden hier die notwendigen durchzuführenden Tests definiert inklusive Testaufbau, Test-Vorrichtungen (inklusive notwendiger Antennen), sowie Emissionsgrenzwerte und daraus abgeleitete Störfestigkeitsanforderungen.
Für die vorliegende Untersuchung wurde angenommen, dass elektronische Platinen in einem Gehäuse einer integrierten modularen Avionik integriert sind. Aufgrund verschiedener Umstände wie z. B. nicht mehr verfügbarer Komponenten, Funktionserweiterungen, Wechsel eines Zulieferers kann es notwendig werden, einzelne PCBs auszutauschen, ohne dass dies die Qualifikation/Zulassung des Geräts bzw. Subsystems beeinflusst. Um dies zu garantieren, müssen die PCBs spezielle Anforderungen erfüllen. Diese Anforderungen sind Gegenstand der folgenden Untersuchungen und Lösungsvorschläge.
Die 1 zeigt vereinfacht ein derartiges System, das in einem Gehäuse 2 angeordnet ist und eine gemeinsame Platine 4 mit verschiedenen Steckern 5 enthält, in denen die erforderlichen gedruckten, bestückten Schaltungsplatinen PCBs 3 eingesteckt sind. Die Stromversorgung des Systems und die Zu- und Ableitung elektrischer und/oder optischer Signale findet über Zuleitungen 1 statt.
Testaufbau
Zielsetzung der Tests ist die Messung der abgestrahlten Emissionen im Nahfeld der PCBs und die Ableitung von gestrahlten Störfestigkeitswerten aus den maximalen Emissionswerten des relevanten Frequenzbereichs. Dies ist keine triviale Aufgabe, da bisher kein Verfahren bekannt ist, wie Messungen von Strahlenemissionen im Nahfeld durchgeführt werden können.
Nahfeld-Messmethoden
Die grundlegende Idee besteht darin, mit einer vorzugsweise einzigen Antenne die abgestrahlte Emission der gesamten Platine zu messen. Um magnetische und elektrische Felder zu messen, sind zwei verschiedene Sensortypen (d. h. Antennentypen) erforderlich: Für Magnetfelder ist eine Loop-Antenne (d. h. Rahmen-Antenne), für elektrische Felder ist eine Dipol-Antenne angemessen.
Die Kalibrier-Methode
Als einzige standardisierte Methode zur Kalibrierung der Antennen kommt nur die sogenannte „Zwei-Antennen-Methode” in Betracht.
Um die Absolutwerte für Feldstärken zu ermitteln, muss der sog. Antennenfaktor (AF) bestimmt werden. Solange man sich im Fernfeld befindet, bleibt der Antennenfaktor unabhängig von der jeweiligen Entfernung konstant. Anders im Nahfeld der Antenne, in dem sich der Antennenfaktor in Abhängigkeit von der Entfernung ändert. Hierfür ist es unumgänglich, für jede relevante Entfernung die Antenne separat zu kalibirieren. Dies gilt sowohl für die Magnetfeld-Antennen als auch für die Antennen für das elektrische Feld.
Die angewandte Kalibrier-Methode erfordert zwei identische Antennen, die im jeweils relevanten Abstand einander gegenüber positioniert werden. Der Gewinn der Antenne kann durch Gleichung [1] bestimmt werden.
mit:

G_dBi: Gewinn der Antenne dBi (bezogen auf eine isotrope Antenne)
r: = Abstand zwischen den Antennen
λ: = Wellenlänge
P_E: = Leistung an der Empfangsantenne
P_S: = Leistung an der Sendeantenne

Mit Hilfe des ermittelten Gewinns (1) kann der Antennenfaktor AF wie folgt errechnet werden:
mit:

AF: = Antennenfakor in dB
G: = Gewinn der Antenne

Dipol-Antenne:
Bei der Antenne für elektrische Felder kann die absolute Feldstärke durch Messung der Spannung U_ant am Antennenfuß ermittelt werden. Bei einem Antennenfaktor AF gilt folgende Gleichung: E/(dBμV/m) = U_ant(dBμV) + AF (dB)
Rahmen-Antenne:
Ähnlich wie bei der Dipol-Antenne, kann für die Magnetfeld-Antenne (Rahmen-Antenne) folgende Gleichung angewandt werden: H/(dBμA/m) = U_ant(dBμV) + AF (db)
Untersuchungen zur Antenne
Antennen-Faktor einer Loop-Antenne/Rahmen-Antenne
Die verwendete Rahmen-Antenne ist in 2 dargestellt.
Auf einer Trägerplatine 6 ist eine kreisförmige Rahmenantenne 7, die im Beispiel aus einer Koaxialleitung mit Innenleiter 8 und Außenleiter 9 besteht, welche mit Hilfe von Befestigungsmitteln 10 auf der Trägerplatine 6 angebracht ist. Der Anschluss der Antenne erfolgt über eine Koaxialleitung 11.
In der 3 werden verschiedene Antennenfaktoren für verschiedene Rahmen-Antennen in Abhängigkeit von der Entfernung (hier: 0,01 bis 1,00 m) dargestellt.
Umrechnung in das H-Feld
Berechnung des H-Felds auf Basis der Antennenfakoren:

H_dB[A/m] = U_{ant dB}[V] + AF_dB[A/m/V]

Antennenfaktor einer Dipolantenne
Die 4 und 5 zeigen beispielhaft Ausführungsformen von Dipolantennen 12 ohne und mit Balun 13. Die Dipolantennen sind jeweils auf einer Trägerplatine 6 befestigt. Die Speisung erfolgt über eine Koaxialleitung 11, die mit Befestigungsmitteln 10 auf der Trägerplatine 6 gehalten ist. Während gemäß 4 die Speisung des Dipols 12 unmittelbar erfolgt, ist im Beispiel nach 5 ein Balun 13 als Anpassung eingefügt. Die resultierenden Antennenfaktoren der verschiedenen Dipolantennen-Konfigurationen sind für verschiedene Abstände der Dipole (1 cm und 100 cm) in den 6 und 7 dargestellt.
Umrechnung in E-Felder:
Berechnung des E-Feldes auf Basis der Antennenfaktoren:

E_dB[V/m] = U_{ant dB}[V] + AF_dB[V/m/V]

Berechnung von U_ant bei einem Feld von 1 V/m:

U_{ant dRuV} = 120 – AF_dB

Ergebnisse der Feld-Messungen
Umgebungsmessung
Erste Messungen wurden durchgeführt um die „Stand-der-Technik”-Antennen des EMV-Testlabors mit den hier speziell entwickelten Rahmen- und Dipol-Antennen zu vergleichen. Die Ergebnisse der Messungen in einem definierten Abstand von einem (inaktiven) PCB sind in den 8 bis 10 dargestellt.
Die Ergebnise zeigen, dass die verwendeten Standard-Antennen bei gleicher Entfernung von 1 m etwa 20 dB empfindlicher sind als die neuentwickeiten Nahfeld-Dipol-Antennen. Es zeigte sich ebenfalls, dass die Annäherung der Dipol-Antenne an das PCB keinen grossen Einfluss hat auf die Umgebungswerte.
Nahfeld-Messungen mit einem einfachen PCB
Um zu verifizieren, dass mit der Dipol-Antenne tatsächlich elektromagnetische Nahfelder vermessen werden können, wurde ein einfaches, mit wenigen Bauteilen bestücktes PCB hergestellt. Dieses erzeugt zwei verschiedene Takt-Frequenzen (26,5625 MHz und 53,125 MHz). Die abgestrahlten elektromagnetischen Felder wurden mit der neuen Nahfeld-Antenne in verschiedenen Abständen vom PCB gemessen. Diese Konfiguration war für weiterführende theoretische Modellierungen einfach genug.
Die Ergebnisse der Messungen in 1 m Entfernung mit den Standard-Antennen und mit der neuen, kalibrierten 5 cm Dipol-Antene sind in 11 dargestellt. Es ist offensichtlich, dass unterhalb 100 MHz der Rauschpegel der Dipol-Antenne zu hoch ist, so dass die Emissionsspitzen des PCBs nicht messbar sind. Oberhalb von 100 MHz sind alle Emissionsspitzen mit beiden Antennentypen identifizierbar, wobei allerdings die Intensitäten unterschiedlich sind. Dies ist über 200 MHz allerdings nicht verwunderlich, da es sich hierbei bezüglich der Polarisation um völlig unterschiedliche Antennentypen (Dipol-Antnene vs. zirkular polarisierende Standard-Antenne) handelt.
Im Vergleich zu Messungen mit einer parallel durchgeführten „Verwirbelungskammer”-Test-Methode kann folgendes festgestellt werden:

1. Der Rauschpegel der „Verwirbelungskammer”-Test-Methode ist noch weitaus höher und damit weniger empfindlich; die Messungen dort sind nur oberhalb 200 MHz praktikabel.
2. Bei einem Vergleich der Emissionsspitzen im Bereich von 200 MHz bis 600 MHz sind die Ergebnisse mit der neu entwickelten Dipol-Antennen-Messmethode vergleichbar.
3. Über 600 MHz ist der Rauschpegel der „Verwirbelungskammer”-Test-Methode zu hoch, um irgend etwas feststellen zu können.

Ergebnisse der theoretischen Modellierung sind in 12 dargestellt. ”Aktuell” bedeutet, dass die Feldstärke in einer Entfernung von 2 cm vom PCB ohne Berücksichtigung der Messantenne berechnet wurden. „Probe” bedeutet, dass der Einfluss der neuen Nahfeldmess-Antennen (hier: 5 cm Dipol-Antenne) berücksichtigt wurde.
Folgende Schlussfolgerungen fassen sich hieraus ziehen:

1. Der Störeinfluss der neuen Antennen auf die tatsächlichen emittierten Felder ist, vernachlässigbar.
2. Die Modellierung entspricht ziemlich gut den aktuellen Messwerten (schwarze Punkte in 12).

Die Tests mit dem einfachen PCB wurden in zwei Konfigurationen durchgeführt:

a) auf einem Metalltisch (vergleiche 13)
b) in einem offenen Metallgehäuse, das sich auf einem Metalltisch befindet (vergleiche 14).

Hierbei ist ein Printed Circuit Board 3 gegenüber einer Platine mit kalibrierten Messantennen mittels Abstandshaltern 15 auf einem Messtisch mit Metallplatte 16 aufgebaut. Die Speisung der Messantenne erfolgt über eine Koaxialleitung 11. 14 zeigt einen ähnlichen Aufbau in einem Metallgehäuse 17. Wie die 15 zeigt, sind die Messergebnisse sehr ähnlich.
Nachdem die neuartige Dipol-Messmethode verifiziert wurde, bestand der nächste Schritt darin, Informationen über tatsächliche gestrahlte Emissionswerte von komlexen PCBs zu ermitteln. Hierzu würden zwei komplexe, in einem Gehäuse integrierte PCBs (ein Master- und ein Slave-PCB) vermessen. Das Messergebnis für das Master-PCB ist in 16 dargestellt. Diese neuen Ergebnisse stimmen sehr gut mit früher durchgeführten Schätzungen auf Basis eines Airbus-Computers überein. Die Nahfeld-Emissionen der PCBs liegen im schlechtesten Fall unterhalb 1 V/_m. Die Nahfeld-Messung gemäß 16 wurde im Abstand von ca. 5 cm durchgeführt.
Strahlungsgrenzwert-Forderungen für Printed Circuit Boards (PCB)
Allgemeines
Fasst man die Ergebnisse der oben dargestellten Messkampagne mit den verfügbaren Daten zusammen, so kann eine Strahlungsgrenzwertkurve für komplexe PCBs abgeleitet werden. Um diese Grenzwertkurve endgültig festzulegen, sind selbstverständlich umfangreiche weitere Messungen unter Nutzung der neuen Nahfeld-Messmethode erforderlich, entweder um die Kurve zu bestätigen oder um sie anzupassen.
Auf Basis der Strahlungsgrenzwert-Kurve können Störfestigkeitsanforderungen abgeleitet werden, indem man einen zusätzlichen Sicherheitsabstand einführt. Dieser Sicherheitsabstand kann unterschiedlich gross sein, je nach Kritikalitätsklasse der relevanten Funktionen. Im allgemeinen wird angenommen, dass alle PCBs durch eine spezielle, gemeinsame Platine mit elektrischer Leistung versorgt werden, so dass Störfestigkeits-Tests und Überprüfungen mit geleiteten Emissionen vermieden werden können – ausgenommen für die Stromversorgungs-Platine.
Grenzwerte für die abgestrahlten Emissionen
Alle ermittelten Ergebnisse zu Emissionen von PCBs führen zu der in 17 dargestellten Grenzwertkurve (Grenzwertspektrum) für Störeinstrahlung von PCBs.
Grenzwerte für Störfestigkeitstests Gegenüber Einstrahlungen
Auf Basis der Grenzwertkurve für Strahlenemissionen von PCB (siehe ) können verschiedene Störfestigkeitsanforderungen für die einzelnen funktionellen Sicherheitsklassen etabliert werden. Die vorgeschlagenen Kurven sind in 18 dargestellt.
Die Störfestigkeitstests sollten idealerweise mit den neu entwickelten Nahfeld-Messantennen durchgeführt werden. Anstelle eines Empfängers ist hierfür ein Sender mit den Antennen zu verbinden, der für jede Frequenz die zur Erzeugung des relevanten Störstrahlungspegels notwendige Leistung einspeist. Der Störfestigkeits-Test wäre dann erfolgreich, wenn kein Einfluss auf die Funktionen des benachbarten (zu überprüfenden) PCBs feststellbar ist.
Schlussfolgerung
Im Rahmen des vorliegenden Berichts wurden Anforderungen an PCBs erarbeitet, die einen problemlosen Austausch von PCBs innerhalb eines Computergehäuses (z. B. eines IMA-Gehäuses) ohne zusätzliche Gerätetests erlauben. Diese Anforderungen sollten durch weitere, umfassendere Tests unterstützt bzw. korrigiert werden.
Alle vorgestellten Messkurven wurden auf der Basis einer speziellen, neu entwickelten Nahfeldmessmethode (mit Hilfe von speziellen kalibrierten Nahfeld-Mess-Antennen) durchgeführt. Das Verfahren konnte durch theoretische Modellierung und durch Messungen verifiziert werden.

Claims

Verfahren zur berührungslosen, reproduzierbaren Überprüfung des Funktionsverhaltens von mindestens einer gedruckten, bestückten, zu testenden Schaltungsplatine auf die elektromagnetische Emission einer innerhalb einer räumlich engen Platinenanordnung benachbart angeordneten gedruckten, bestückten Schaltungsplatine, umfassend folgende Schritte: a) Messen der elektromagnetischen Emissionen einer gedruckten, bestückten Referenzplatine im laufenden Betrieb der gedruckten, bestückten Referenzplatine im Nahfeldbereich mittels mindestens einer Antenne; b) Speichern des gemessenen elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine; c) Abstrahlen des gemessenen und gespeicherten elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine mittels der gleichen Antenne als Testspektrum auf die in einem laufenden Betrieb befindliche gedruckte, bestückte Schaltungsplatine im Nahfeldbereich; d) Überprüfen des Funktionsverhaltens der gedruckten, bestückten Schaltungsplatine unter Einwirkung des Testspektrums.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne vor dem Schritt a) auf Absolutwerte der elektromagnetischen Emission kalibriert wird und im Schritt a) Absolutwerte der elektromagnetischen Emissionen der gedruckten, bestückten Referenzplatine gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung nach der Zwei-Antennenmethode erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Amplitude des gemessenen elektromagnetischen Emissionsspektrums der gedruckten, bestückten Referenzplatine um einen Sicherheitsfaktor erhöht und als Grenzwertspektrum abgespeichert und als Testspektrum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsfaktor in einem Bereich von 3 bis 25 dB, insbesondere 6 bis 20 dB, insbesondere 10 bis 20 dB liegt.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die elektrische und die magnetische Feldstärke getrennt gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in Schritt a) und/oder die Abstrahlung in Schritt c) mittels einer Loop-Antenne erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in Schritt a) und/oder die Abstrahlung in Schritt c) mittels einer Dipol-Antenne erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipol-Antenne eine Symmetrieschaltung (z. B. balun) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstrahlen im Schritt c) einseitig gerichtet erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem Betriebsfrequenzbereich von 100 KHz bis 2 GHz, vorzugsweise 1 MHz bis 1,5 GHz, insbesondere 10 MHz bis 1 GHz erfolgt.