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--- professoren_webseiten:rebholz:emv [2026/04/21 19:50] – [10.4 Schritt 3: Umrechnung auf die Laborantenne] hrebholz
+++ professoren_webseiten:rebholz:emv [2026/04/21 19:58] (aktuell) – [Leitungsverbindungen im Fahrzeug] hrebholz
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 ===== 11 Was tun gegen gestrahlte Emissionen =====
-Wir haben viele Möglichkeiten gesehen wie wir messtechnisch und mit einer Simulation die Pegelmaße ermitteln können. Spannender ist natürlich die Frage: "Was können wir dagegen tun?".
+Wir haben viele Möglichkeiten gesehen, wie wir messtechnisch und mit einer Simulation die Pegelmaße ermitteln können. Spannender ist natürlich die Frage: "Was können wir dagegen tun?".
 Die wichtigste Regel dazu ist identisch mit den Regeln zur Bekämpfung der leitungsgebundenen Emission:
 <WRAP center round important 60%>
 Für alle Ein- und Ausgänge der Funktionsblöcke im Blockschaltbild muss eine EMV-Maßnahme vorgesehen werden!
 </WRAP>
-Auch hier ist unser schärfstes Schwert die Befilterung. Man könnten den obigen Merksatz auch umschreiben und sagen alle Ein- und Ausgänge müssen mit einem Filter ausgestattet sein. Im ersten Moment denkt man vielleicht an klobig große Filterschaltung, allerdings reicht in vielen Fällen ein einfacher Kondensator aus. Anders als bei der leitungsgebundenen Emission müssen allerdings jetzt alle Strukturen welche sich in der Größenordnung der betrachteten Wellenlänge befinden bewertet werden. Hierzu zählen meist die bereits ausführlich betrachteten Kabelbäume aber auch ein vorhandenes (leitfähiges) Gehäuse welches als Antenne wirken kann.\\
+Auch hier ist unser schärfstes Schwert die Befilterung. Man könnte den obigen Merksatz auch umschreiben und sagen, alle Ein- und Ausgänge müssen mit einem Filter ausgestattet sein. Im ersten Moment denkt man vielleicht an klobig große Filterschaltungen, allerdings reicht in vielen Fällen ein einfacher Kondensator aus. Anders als bei der leitungsgebundenen Emission müssen allerdings jetzt alle Strukturen, welche sich in der Größenordnung der betrachteten Wellenlänge befinden, bewertet werden. Hierzu zählen meist die bereits ausführlich betrachteten Kabelbäume, aber auch ein vorhandenes (leitfähiges) Gehäuse, welches als Antenne wirken kann.\\
-Bei den Gehäusen werden meist die Gerätedeckel und die Öffnungen, z.B. zur Kühlung unterschätzt.  Deckel oder angeschraubte Gehäuseteile müssen stets niederohmigen (< 1mOhm) Kontakt zum Gehäuse haben. Andernfalls bildet sich entlang der Oberfläche eine hochfrequente Spannung aus welche als Antenne wirken kann. Um eine niederohmige Anbindung zu gewährleisten gibt es sogenannte EMV-Dichtungen welche zwischen die Gehäuseteile einlegt und dann fest verschraubt werden. Vielleicht sind Ihnen auch schon Geräte aufgefallen die merkwürdig viele Schrauben verwenden um einen Gehäusedeckel zu befestigen. Das Ziel ist hier wie bereits beschrieben die Anbindung so niederohmig wie möglich zu gestalten. \\
+Bei den Gehäusen werden meist die Gerätedeckel und die Öffnungen, z.B. zur Kühlung, unterschätzt. Deckel oder angeschraubte Gehäuseteile müssen stets niederohmigen (< 1mOhm) Kontakt zum Gehäuse haben. Andernfalls bildet sich entlang der Oberfläche eine hochfrequente Spannung aus, welche als Antenne wirken kann. Um eine niederohmige Anbindung zu gewährleisten, gibt es sogenannte EMV-Dichtungen, welche zwischen die Gehäuseteile eingelegt und dann fest verschraubt werden. Vielleicht sind Ihnen auch schon Geräte aufgefallen, die merkwürdig viele Schrauben verwenden, um einen Gehäusedeckel zu befestigen. Das Ziel ist hier, wie bereits beschrieben, die Anbindung so niederohmig wie möglich zu gestalten. \\
-Öffnungen in den Gehäusen lassen sich nur selten vermeiden. Vielleicht möchten Sie ein Display integrieren oder für eine Konvektion sorgen zur Kühlung. Da solche Öffnungen meist nicht sehr groß sind stellen sie eher ein Ausfalltor für sehr hochfrequente Signale, typischerweise >500MHz, dar. Für tiefere Frequenzen ist die Wellenlänge zu groß, man könnte auch sagen sie passen schlicht nicht durch die Öffnung :-) \\
+Öffnungen in den Gehäusen lassen sich nur selten vermeiden. Vielleicht möchten Sie ein Display integrieren oder für eine Konvektion zur Kühlung sorgen. Da solche Öffnungen meist nicht sehr groß sind, stellen sie eher ein Einfallstor für sehr hochfrequente Signale, typischerweise >500MHz, dar. Für tiefere Frequenzen ist die Wellenlänge zu groß, man könnte auch sagen, sie passen schlicht nicht durch die Öffnung :-) \\
-Auch für diese Problemstellung gibt es bereits vorgefertigte Lösungen in Form von Gittern oder Schirmblechen (Display) um das Gehäuse abzudichten. Sie merken, es gibt zahlreiche Lösungen um die EMV einzuhalten, es gilt sie nur zu kennen und anzuwenden!\\
+Auch für diese Problemstellung gibt es bereits vorgefertigte Lösungen in Form von Gittern oder Schirmblechen (Display), um das Gehäuse abzudichten. Sie merken, es gibt zahlreiche Lösungen, um die EMV einzuhalten, es gilt sie nur zu kennen und anzuwenden!\\
-Bitte schauen Sie sich auf der Homepage der angegebenen Firmen um und sie werden feststellen es gibt eine große Vielfalt an Lösungen rund um die Schirmung von Gehäusen oder einzelnen Schaltungsteilen ihrer Platine:
+Bitte schauen Sie sich auf den Homepages der angegebenen Firmen um und Sie werden feststellen, es gibt eine große Vielfalt an Lösungen rund um die Schirmung von Gehäusen oder einzelnen Schaltungsteilen Ihrer Platine:
   * [[https://www.mtc.de/de|MTC]]
   * [[https://www.we-online.com/catalog/en/pbs/emc_components/emi_shielding_material/|Würth Elektronik]]
 \\
-Bitte werden sie stets vorsichtig und misstrauisch falls ihnen jemand eine EMV-Tapete oder ein Moskitonetz mit integriertem EMV-Schutz anbietet. Die EMV befasst sich mit sehr vielen Themenfelder, die Wechselwirkung magnetischer und elektrischer Felder mit dem menschlichen Organismus gehört jedoch nicht dazu. Die Sensibilität einzelner Menschen hinsichtlich hochfrequenter Felder möchte ich nicht zu Diskussion stellen. Leider bieten unseriöse Händler Lösungen zu Wucherpreisen an unter dem Deckmantel der EMV bzw. pseudowissenschaftlicher Aussagen.
+Bitte werden Sie stets vorsichtig und misstrauisch, falls Ihnen jemand eine EMV-Tapete oder ein Moskitonetz mit integriertem EMV-Schutz anbietet. Die EMV befasst sich mit sehr vielen Themenfeldern, die Wechselwirkung magnetischer und elektrischer Felder mit dem menschlichen Organismus gehört jedoch nicht dazu. Die Sensibilität einzelner Menschen hinsichtlich hochfrequenter Felder möchte ich nicht zur Diskussion stellen. Leider bieten unseriöse Händler Lösungen zu Wucherpreisen an, unter dem Deckmantel der EMV bzw. pseudowissenschaftlicher Aussagen.
 ===== 12.0 EMV im Schaltplan und PCB =====
-Wie wir bereits wissen beginnt die EMV-Arbeit mit der Erstellung des Blockschaltbilds in dem wir erste EMV-Maßnahmen definieren. Sobald wir einen der funktionalen Blöcke mit Leben füllen müssen wir auch dort wieder EMV-Aspekte mit berücksichtigen. Das Spiel wiederholt sich so lange, bis wir auf der Leiterkarte angekommen sind. Hier gilt es dann die kritischen Pfade zu erkennen und mit Maßnahmen zu hinterlegen. Erst dann haben wir ein durchgängiges Gesamtkonzept von der Idee bis zur Bauteilebene.
+Wie wir bereits wissen, beginnt die EMV-Arbeit mit der Erstellung des Blockschaltbilds, in dem wir erste EMV-Maßnahmen definieren. Sobald wir einen der funktionalen Blöcke mit Leben füllen, müssen wir auch dort wieder EMV-Aspekte berücksichtigen. Das Spiel wiederholt sich so lange, bis wir auf der Leiterkarte angekommen sind. Hier gilt es dann, die kritischen Pfade zu erkennen und mit Maßnahmen zu hinterlegen. Erst dann haben wir ein durchgängiges Gesamtkonzept von der Idee bis zur Bauteilebene.
 ==== 12.1 Kritische Pfade ====
-Um EMV-Maßnahmen im Schaltplan und auf dem PCB umzusetzen müssen wir natürlich im ersten Schritt klären wo liegt das Problem oder besser, nach was suchen wir denn? Dazu erinnern wir uns noch einmal an das Kapitel 3 "Woher kommen die Störgrößen" in dem wir geklärt haben wer denn nun hochfrequente Signale generiert. Und genau nach diesen Kandidaten suchen wir jetzt:
+Um EMV-Maßnahmen im Schaltplan und auf dem PCB umzusetzen, müssen wir natürlich im ersten Schritt klären: Wo liegt das Problem, oder besser, wonach suchen wir eigentlich? Dazu erinnern wir uns noch einmal an Kapitel 3 „Woher kommen die Störgrößen“, in dem wir geklärt haben, wer hochfrequente Signale generiert. Und genau nach diesen Kandidaten suchen wir jetzt:
   * Getaktete Signale
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   * ....
-Oder man könnte schlichtweg auch sagen: Alle Signal-Traces auf denen **funktional** mehr als nur DC-Signale unterwegs sind. Funktional bedeutet hier ohne hochfrequenten Anteile, keine Funktion!\\
+Oder man könnte schlichtweg auch sagen: Alle Signal-Traces, auf denen **funktional** mehr als nur DC-Signale unterwegs sind. Funktional bedeutet hier: Ohne hochfrequente Anteile keine Funktion!\\
-Diese Signale markieren wir im Schaltplan und hinterlegen stets ein EMV-Maßnahme.
+Diese Signale markieren wir im Schaltplan und hinterlegen stets eine EMV-Maßnahme.
 Maßnahmen können sein:
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   * Getrennte Masseführung (gezielte Rückstrompfade)
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-Das nachfolgende Beispiel zeigt einen Schaltplanausschnitt einer Spannungsversorgung für ein Antriebssystem. Darin enthalten sind ein getakteter Tiefsetzsteller (U1) als IC mit integriertem Mosfet, ein [[https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsregler|Spannungsregler]] und Spannungsteiler zur Messung der verschiedenen Spannungslevel auf der 3,3V Ebene des µC (der µC ist im Schaltplan nicht dargestellt).
+Das nachfolgende Beispiel zeigt einen Schaltplanausschnitt einer Spannungsversorgung für ein Antriebssystem. Darin enthalten sind ein getakteter Tiefsetzsteller (U1) als IC mit integriertem MOSFET, ein [[https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsregler|Spannungsregler]] sowie Spannungsteiler zur Messung der verschiedenen Spannungslevel auf der 3,3-V-Ebene des µC (der µC ist im Schaltplan nicht dargestellt).
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:kritische_pfade.jpg?direct&600 |}}
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-Die eingesetzten Filterschaltungen sind in gelber Farbe markiert. Die zu erwartende Spannung ist an allen Punkten eine reine Gleichspannung. Über die Filterschaltungen versuchen wir die vorhandene Restwelligkeit und unerwünschten hochfrequenten Signale (woher diese auch immer kommen, von extern oder intern generiert) kurzzuschließen. In diesem Beispiel kommen reine kapazitive Filter, oder auch Blockkondensatoren genannt, zum Einsatz. Dieses Vorgehen sehr einfach umzusetzen und kann Ihnen nur nahelegen. Typischerweise werden die Schaltungen in SMD-Technik entwickelt, womit der Einsatz kleiner SMD-Kondensatoren in 0603 Bauform meist problemlos möglich ist. Es ist ja stets möglich die Bauteile gegebenenfalls im ersten Schritt nicht zu bestücken bzw. bei einer folgenden Suche nach Kostenoptimierung wieder entfallen zu lassen. \\
+Die eingesetzten Filterschaltungen sind in gelber Farbe markiert. Die zu erwartende Spannung ist an allen Punkten eine reine Gleichspannung. Über die Filterschaltungen versuchen wir, die vorhandene Restwelligkeit und unerwünschte hochfrequente Signale (egal ob extern eingekoppelt oder intern generiert) kurz zu schließen. In diesem Beispiel kommen reine kapazitive Filter, oder auch Blockkondensatoren genannt, zum Einsatz. Dieses Vorgehen ist sehr einfach umzusetzen und kann nur empfohlen werden. Typischerweise werden die Schaltungen in SMD-Technik entwickelt, sodass der Einsatz kleiner SMD-Kondensatoren in 0603-Bauform meist problemlos möglich ist. Es ist zudem jederzeit möglich, die Bauteile zunächst nicht zu bestücken bzw. sie im Rahmen einer späteren Kostenoptimierung wieder entfallen zu lassen. \\
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-Es verbleibt in diesem Beispiel eine Schleife in welcher wir von einem dreieckförmigen Stromfluss ausgehen. Dieser Strom ergibt sich aus dem funktionalen Strom unseres Tiefsetzstellers, vgl. dazu die Simulation in Kapitel 2.3.1. Im Schaltplan sind diese Strompfade grün gekennzeichnet. Um genau zu sein, ergibt sich ein dreieckförmiger Strom nur in der Spule und somit im Ausgangskondensator. Durch die Diode und das IC jeweils der rechte bzw. linke Teil des Dreiecks, entsprechend der nachfolgenden Abbildung. Wir sprechen in diesem Fall davon, dass der Strom kommutiert, was nichts anderes bedeutet als dass er auf einen anderen Knoten übergeht.
+Es verbleibt in diesem Beispiel eine Schleife, in der wir von einem dreieckförmigen Stromfluss ausgehen. Dieser Strom ergibt sich aus dem funktionalen Strom unseres Tiefsetzstellers, vgl. dazu die Simulation in Kapitel 2.3.1. Im Schaltplan sind diese Strompfade grün gekennzeichnet. Genau genommen ergibt sich ein dreieckförmiger Strom nur in der Spule und somit im Ausgangskondensator. Durch die Diode und das IC fließt jeweils der rechte bzw. linke Teil des Dreiecks, entsprechend der nachfolgenden Abbildung. Wir sprechen in diesem Fall davon, dass der Strom kommutiert, was nichts anderes bedeutet, als dass er auf einen anderen Knoten übergeht.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:stroeme_tiefsetzsteller.jpg?direct&600 |}}
-Diese kommutierenden Ströme bringen gleich mehrere Probleme mit sich. Einerseits generiert dieser Stromverlauf weit höhere Emissionen als der rein dreieckförmige Verlauf (rein aus der Fourier-Reihe betrachtet), zum anderen erhalten wir aufgrund der springenden Ströme Spannungsüberhöhungen an parasitären Kapazitäten.
+Diese kommutierenden Ströme bringen gleich mehrere Probleme mit sich. Einerseits generiert dieser Stromverlauf deutlich höhere Emissionen als ein rein dreieckförmiger Verlauf (rein aus der Fourier-Reihe betrachtet), zum anderen entstehen aufgrund der sprunghaften Stromänderungen Spannungsüberhöhungen an parasitären Kapazitäten.
 ==== 12.2 Gute und schlechte Induktivitäten ====
-Wir wissen bereits, dass wir den Strom in der Hauptinduktivität (Spule) nicht einfach unterbrechen dürfen. Sie erinnern sich: Der Energiefluss muss stets stetig sein! Daher bieten wird dem Strom einen alternativen Pfad über die Diode an sobald der Mosfet deaktiviert wird. Daher nennen wir die Diode auch Freilaufdiode. Nachfolgende Abbildung markiert den Freilaufpfad der Schaltung.
+Wir wissen bereits, dass wir den Strom in der Hauptinduktivität (Spule) nicht einfach unterbrechen dürfen. Sie erinnern sich: Der Energiefluss muss stets stetig sein! Daher bieten wir dem Strom einen alternativen Pfad über die Diode an, sobald der MOSFET deaktiviert wird. Deshalb nennen wir die Diode auch Freilaufdiode. Nachfolgende Abbildung markiert den Freilaufpfad der Schaltung.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:freilaufpfad.jpg?direct&600 |}}
-Wir wissen ja bereits, dass sämtliche Leitungsverbindungen und damit auch einzelne PCB-Leitungsabschnitte ebenfalls Induktivitäten darstellen. Auf unserer Leiterkarten können wir als groben Richtwert ca. 10nH/cm annehmen. Das bedeutet aber auch, dass es Induktivitäten in unserer Schaltung gibt, welchen wir keinen Freilaufpfad anbieten können.
+Wir wissen bereits, dass sämtliche Leitungsverbindungen und damit auch einzelne PCB-Leitungsabschnitte Induktivitäten darstellen. Auf unserer Leiterkarte können wir als groben Richtwert ca. 10 nH/cm annehmen. Das bedeutet aber auch, dass es Induktivitäten in unserer Schaltung gibt, denen wir keinen Freilaufpfad anbieten können.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:parasitaere_induktivitaeten_tiefsetzsteller.jpg?direct&600 |}}
-Im gezeigten Schaltplanausschnitt sind in Rot die kritischen parasitären Induktivitäten eingezeichnet, für die kein Freilaufpfad zur Verfügung steht. Die grünen Leitungsinduktivitäten bilden mit der Hauptinduktivität eine Serienschaltung und dürfen zu dieser addiert werden womit sie den Freilaufpfad über die Diode verwenden. Wir können somit in unserer Schaltung "gute und schlechte" parasitäre Induktivitäten unterscheiden.\\
+Im gezeigten Schaltplanausschnitt sind in Rot die kritischen parasitären Induktivitäten eingezeichnet, für die kein Freilaufpfad zur Verfügung steht. Die grünen Leitungsinduktivitäten bilden mit der Hauptinduktivität eine Serienschaltung und dürfen zu dieser addiert werden, womit sie den Freilaufpfad über die Diode nutzen. Wir können somit in unserer Schaltung „gute“ und „schlechte“ parasitäre Induktivitäten unterscheiden.\\
-Im Layout versuchen wir dann bei der Bauteilplatzierung die ungewollten roten Induktivitäten so klein wie möglich zu halten.
+Im Layout versuchen wir dann bei der Bauteilplatzierung, die unerwünschten roten Induktivitäten so klein wie möglich zu halten.
 <WRAP center round tip 60%>
-Pfade mit diskontinuierlichem Stromfluss müssen hinsichtlich deren parasitären Induktivitäten bewerten werden.
+Pfade mit diskontinuierlichem Stromfluss müssen hinsichtlich ihrer parasitären Induktivitäten bewertet werden.
 </WRAP>
 ==== 12.3 Reverse Recovery ====
-In manchen Fällen kämpfen wir auch direkt gegen parasitäre Eigenschaften einzelner Bauelemente. Solch ein typischer Effekt stellt der Reverse Recovery dar. Dieser Effekt ist an p-n Übergängen von Halbleitern, typischerweise bei Dioden, also auch unserer Freilaufdiode zu beobachten. Eine Diode sperrt den Strom in Rückwärtsrichtung nicht sofort, sondern es kommt zuerst zu einem rückwärtigen Strom durch die Diode. Man kann sich dabei vorstellen, dass die freien Ladungsträger, welche noch aus der leitfähigen Phase zur Verfügung stehen, zuerst ausgeräumt werden müssen. Dieser sehr kurze Strompeak liegt meist in der Größenordnung des zuvor geführten Strom in Vorwärtsrichtung und erzeugt durch seine sehr schnellen Flanken hochfrequente Anteile. Spice-Modelle realer Dioden berücksichtigen diesen Effekt womit er in einer Simulation darstellbar wird. Dazu muss in der zuvor betrachteten Simulation des einfachen Tiefsetzstellers die ideale Diode ersetzt werden. Zum Beispiel durch die bekannte Diode 1N4148.
+In manchen Fällen kämpfen wir auch direkt gegen parasitäre Eigenschaften einzelner Bauelemente. Ein typischer Effekt ist der Reverse-Recovery. Dieser Effekt tritt an p-n-Übergängen von Halbleitern auf, typischerweise bei Dioden, also auch bei unserer Freilaufdiode. Eine Diode sperrt den Strom in Rückwärtsrichtung nicht sofort, sondern es kommt zunächst zu einem rückwärtigen Strom durch die Diode. Man kann sich dies so vorstellen, dass die freien Ladungsträger, die noch aus der leitfähigen Phase vorhanden sind, zuerst entfernt werden müssen. Dieser sehr kurze Strompeak liegt meist in der Größenordnung des zuvor geführten Stroms in Vorwärtsrichtung und erzeugt durch seine sehr steilen Flanken hochfrequente Anteile. SPICE-Modelle realer Dioden berücksichtigen diesen Effekt, sodass er in einer Simulation darstellbar wird. Dazu muss in der zuvor betrachteten Simulation des einfachen Tiefsetzstellers die ideale Diode ersetzt werden, beispielsweise durch die bekannte Diode 1N4148.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:reverse-recovery.jpg?direct&600 |}}
-Schön zu sehen ist zum einen der eigentliche Reverse-Recovery Impuls und im Zoom wie durch diesen Impuls die Schaltung zu einer hochfrequenten Schwingung angeregt wird. Ganz verhindern lässt sich dieser Effekt leider nicht. Allerdings können wir ihn minimieren indem schnelle Dioden eingesetzt werden mit einer möglichst geringen Sperrverzugsladung, im Datenblatt unter Qrr zu finden.
+Gut zu erkennen ist zum einen der eigentliche Reverse-Recovery-Impuls und im Zoom, wie durch diesen Impuls die Schaltung zu einer hochfrequenten Schwingung angeregt wird. Ganz verhindern lässt sich dieser Effekt leider nicht. Allerdings können wir ihn minimieren, indem schnelle Dioden mit möglichst geringer Sperrverzugsladung eingesetzt werden (im Datenblatt als Qrr angegeben).
 ==== 12.2 Bauteilplatzierung ====
-Bei der Platzierung der Bauteile auf der Platine können viele Fehler gemacht werden, da sozusagen hier der Ort ist an dem die Störungen entstehen. Die gute Nachricht ist, dass meist wenige Regeln ausreichen für einen EMV gerechtes Layout.
+Bei der Platzierung der Bauteile auf der Platine können viele Fehler gemacht werden, da dies sozusagen der Ort ist, an dem die Störungen entstehen. Die gute Nachricht ist, dass meist wenige Regeln ausreichen für ein EMV-gerechtes Layout.
 === Entkopplung der Netze ===
-Eine wichtige Regel lautet, dass wir im Schaltplan nicht mehr davon ausgehen, dass es überhaupt identische Potentiale gibt. Das bedeutet wir berücksichtigen stets, dass es aufgrund parasitärer Induktivitäten entlang der PCB-Traces zu Spannungsabfällen kommen kann. Daher müssen wir die oben eingeführten Blockkondensatoren im Schaltplan jeweils an der zugehörigen Komponente berücksichtigen und dann natürlich im PCB auch so übernehmen. \\
+Eine wichtige Regel lautet, dass wir im Schaltplan nicht mehr davon ausgehen, dass es identische Potenziale gibt. Das bedeutet, wir berücksichtigen stets, dass es aufgrund parasitärer Induktivitäten entlang der PCB-Traces zu Spannungsabfällen kommen kann. Daher müssen wir die oben eingeführten Blockkondensatoren im Schaltplan jeweils an der zugehörigen Komponente berücksichtigen und diese natürlich im PCB auch entsprechend platzieren. \\
-Wichtig ist es auf diesen Punkt hinzuweisen falls der Schaltplan und dann das folgende PCB Layout durch unterschiedliche Mitarbeiter bearbeitet werden.
+Wichtig ist es, auf diesen Punkt hinzuweisen, falls der Schaltplan und das anschließende PCB-Layout von unterschiedlichen Mitarbeitern bearbeitet werden.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:entkopplung_netze.jpg?direct&600 |}}
-Elektrotechnisch richtig wäre es natürlich alle Kondensatoren mit gleichem Potenzial (hier die grün und gelb markierten Bauteile) auf einem separaten Arbeitsblatt zu zeichnen. Allerdings fehlt uns dann später bei der PCB Erstellung jeglicher Bezug zur eigentlichen Aufgabe der Bauteile: Lokale Filter und Glättung der Versorgungsspannung.
+Elektrotechnisch korrekt wäre es natürlich, alle Kondensatoren mit gleichem Potenzial (hier die grün und gelb markierten Bauteile) auf einem separaten Arbeitsblatt zu zeichnen. Allerdings fehlt uns dann bei der PCB-Erstellung jeglicher Bezug zur eigentlichen Aufgabe der Bauteile: lokale Filterung und Glättung der Versorgungsspannung.
 === Gruppierung der Bauteile ===
-Durch Kopplungen auf der Leiterplatte (galvanische, kapazitive oder induktive Kopplung) breiten sich hochfrequente Störungen natürlich auch innerhalb der Leiterkarte aus. Zum Schutz sensibler Schaltungsteile, wie analoger Schaltungen oder HF-Systeme mit sehr geringen Signalpegeln, müssen wir dafür sorgen, dass diese Bereiche möglichst separiert werden. Oder anders gesagt, wir unterteilen die Schaltung in Gruppen entsprechend dem erwarteten Störpotenzial. Die Zonen können auch größeren funktionalen Gruppen aus dem Blockschaltbild entsprechen.
+Durch Kopplungen auf der Leiterplatte (galvanische, kapazitive oder induktive Kopplung) breiten sich hochfrequente Störungen auch innerhalb der Leiterkarte aus. Zum Schutz sensibler Schaltungsteile, wie analoger Schaltungen oder HF-Systeme mit sehr geringen Signalpegeln, müssen wir dafür sorgen, dass diese Bereiche möglichst separiert werden. Oder anders gesagt: Wir unterteilen die Schaltung in Gruppen entsprechend dem erwarteten Störpotenzial. Die Zonen können auch größeren funktionalen Gruppen aus dem Blockschaltbild entsprechen.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:bauteilplatzierung.jpg?direct&1000 |}}
-Das Beispiel zeigt eine Platine mit einem zweifachen Motortreiber für BLDC Motoren mit Zonen unterschiedlicher Störpotenziale. Das höchste Störpotenzial geht natürlich von den zwei Leistungsendstufen aus. Daher sollten dieser Schaltungsteile möglichst so platziert werden, dass seine Ein- und Ausgangssignale nicht mit weiteren Schaltungsteilen in Berührung kommen. Oft ist es hilfreich sich für die einzelnen Schaltungsteile eine Tabelle mit möglichen Störaussendung- und Störfestigkeitsproblemen zu erstellen. Wie immer das Henne - Ei Spiel. Nur wer die Probleme kennt kann sie angehen.
+Das Beispiel zeigt eine Platine mit einem zweifachen Motortreiber für BLDC-Motoren mit Zonen unterschiedlicher Störpotenziale. Das höchste Störpotenzial geht natürlich von den beiden Leistungsendstufen aus. Daher sollten diese Schaltungsteile möglichst so platziert werden, dass ihre Ein- und Ausgangssignale nicht mit weiteren Schaltungsteilen in Berührung kommen. Oft ist es hilfreich, für die einzelnen Schaltungsteile eine Tabelle mit möglichen Störaussendungs- und Störfestigkeitsproblemen zu erstellen. Wie immer gilt: Nur wer die Probleme kennt, kann sie gezielt angehen.
-^ Schaltungsteil       ^ Störpotential  | Störaussendung                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   | Störfestigkeit                                                                                                                                                                               |
+^ Schaltungsteil       ^ Störpotenzial | Störaussendung                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   | Störfestigkeit                                                                                                                                                                               |
 | Leistungselektronik  | Sehr hoch      | - Getaktete Ströme\\ - Spannungsabfall durch hohe Ströme\\ - Reverse Recovery\\ - Falsche Totzeiteinstellung\\ - Kühlkörperflächen führen zu hohen Gleichtaktströmen\\ - Steckeranschluss und Leitungen zum Aktor (Motor)\\ - Schaltüberspannung (Überschwingen beim Schalten)\\ - Anregung resonanter Strukturen beim Schalten (engl. ringing)  | - Ungewolltes Schalten von Leistungshalbleitern\\ - Zerstörung der Halbleiter durch Überschwingen beim Schalten                                                                              |
 | Treiber              | Hoch           | - Hohes di/dt durch Kapazitätsumladung\\ - Digitale Signale hoher Spannungsamplitude                                                                                                                                                                                                                                                             | - Ungewolltes Schalten von Leistungshalbleitern                                                                                                                                              |
-| Digitalteil          | Mittel         | - Je nach Übertragungsrate hohes du/dt\\ - Kommunikationsleitungen mit variierendem Spektrum                                                                                                                                                                                                                                                     | - Einkopplung führt zu einer Fehlinterpretation der Signale                                                                                                                                  |
+| Digitalteil          | Mittel         | - Je nach Übertragungsrate hohes du/dt\\ - Kommunikationsleitungen mit variierendem Spektrum                                                                                                                                                                                                                                                     | - Einkopplung führt zu Fehlinterpretation der Signale                                                                                                                                        |
-| Digitalteil\\ µC     | Hoch           | - Takt- und PWM-Signale mit sehr hohen Frequenzen\\ - Quarz-Oszillator                                                                                                                                                                                                                                                                           | - Ungewollte Signalzustände z.B. am Resetpin\\ - Unterspannung aufgrund galvanischer Kopplung (eng. brownout)                                                                                |
+| Digitalteil\\ µC     | Hoch           | - Takt- und PWM-Signale mit sehr hohen Frequenzen\\ - Quarz-Oszillator                                                                                                                                                                                                                                                                           | - Ungewollte Signalzustände z.B. am Reset-Pin\\ - Unterspannung aufgrund galvanischer Kopplung (engl. brownout)                                                                             |
-| Analogteil           | Gering         | - Meist keine direkte Abstrahlung sondern aufgrund von internen Kopplungen benachbarter Schaltungsteile                                                                                                                                                                                                                                          | - Direkte Einkopplung in den Analogen Signalpfad\\ - Indirekte Störung über Versorgungsspannung (galv. Kopplung)\\ - Zu geringe Signal- zu Rauschabstand\\ - Sehr geringe Nutzsignale < 1mV  |
+| Analogteil           | Gering         | - Meist keine direkte Abstrahlung, sondern Kopplung aus benachbarten Schaltungsteilen                                                                                                                                                                                                                                                           | - Direkte Einkopplung in den analogen Signalpfad\\ - Indirekte Störung über Versorgungsspannung (galv. Kopplung)\\ - Zu geringer Signal-Rausch-Abstand\\ - Sehr kleine Nutzsignale < 1 mV |
-Natürlich ist es möglich, dass innerhalb der genannten Flächen sich weitere Insel verschiedener Schutzklassen befinden welche einer besonderen Behandlung benötigen.\\
+Natürlich ist es möglich, dass sich innerhalb der genannten Bereiche weitere Inseln mit unterschiedlichen Anforderungen befinden, die eine besondere Behandlung benötigen.\\
-Nachdem die Tabelle erstellt ist gilt es zu allen gefundenen Punkte geeignete Maßnahmen zu definieren, bzw. Maßnahmen vorzusehen von denen wir ausgehen sie helfen uns in irgendeiner Weise bezüglich der EMV. Ob wir alle Punkte bedacht haben wissen wir spätestens nach den EMV Prüfungen.
+Nachdem die Tabelle erstellt ist, gilt es, zu allen gefundenen Punkten geeignete Maßnahmen zu definieren bzw. vorzusehen.
 Beispielmaßnahmen:
 ^ Risiko            ^ Maßnahme                                                                                                                                               ^
-| Getaktete Stöme   | Lässt sich nicht vermeiden, da funktionaler Bestandteil der Schaltung. Definierter Rückstrompfad schaffen, aufgespannte Flächen so klein wie möglich.  |
+| Getaktete Ströme | Funktional notwendig. Definierte Rückstrompfade schaffen, aufgespannte Flächen minimieren.                                                                               |
-| Spannungsabfall   | Großflächige Leitungsführung, Leiterlänge so gering wie möglich halten (priorisiertes Routing)                                                         |
+| Spannungsabfall  | Großflächige Leitungsführung, Leiterlängen möglichst gering halten (priorisiertes Routing).                                                                              |
-| Reverse Recovery  | Bauteilvergleich mit Simulation verschiedener Bauteile. Ggf. andere Technologie wählen.                                                                |
+| Reverse Recovery | Bauteilvergleich mittels Simulation, ggf. alternative Technologie einsetzen.                                                                                             |
-| ...               | ...                                                                                                                                                    |
+| ...              | ...                                                                                                                                                    |
 === Masseführung ===
-Beim Thema **Masse** sollten wir zuerst den Unterschied zur **Erde** klären. Der Begriff Masse finde ich persönlich eher unglücklich und verwirrt eher, besser wäre der Begriff Rückleiter. Zugegeben, ich verwende meist ebenfalls meist den Begriff Masse.\\
+Beim Thema **Masse** sollten wir zunächst den Unterschied zur **Erde** klären. Der Begriff Masse ist etwas unglücklich gewählt – treffender wäre „Rückleiter“. Dennoch wird der Begriff Masse üblicherweise verwendet.\\
-Die Erde hingegen ist unser Schutzpotenzial und der PE- Leiter zu Hause sollte daher auch nur einen Strom im absoluten Notfall als im Schutzfall führen. Unsere FI- Schutzschalter erkennen dann in diesem Falls einen Fehlerstrom. Das Erdpotenzial kann mit Masse verbunden werden, ist aber nicht zwingend erforderlich.
+Die Erde hingegen ist das Schutzpotenzial (PE) und sollte nur im Fehlerfall Strom führen.
-Die Situation, dass wir uns in einem Dreileitersystem finden wir in ganz vielen Anwendungen. \\
-\\
+Beispiele:
-//Beispiel Hausnetz://  \\
+//Hausnetz://  \\
 Spannungsführender Leiter: L \\
 Rückleiter (Masse): N \\
-Erde = Schutzleiter: PE\\
+Erde: PE \\
-Der Schutzleiter PE und der Rückleiter N besitzen im stromlosen Zustand identisches Potential. Die Auftrennung erfolgt im Keller direkt am Ringerder der Betonplatte.
-//Beispiel Fahrzeugumgebung://  \\
+//Fahrzeug://  \\
-Spannungsführender Leiter: Kl. (Klemme) 30\\
+Versorgung: Kl. 30 \\
-Rückleiter (Masse): Kl. 31 \\
+Rückleiter: Kl. 31 \\
-Erde = Chassis\\
+Referenz: Chassis \\
-\\
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:chassis_kl31.jpg?direct&600 |}}
-Im Unterschied zum Hausnetz ist es im Fahrzeug, abgesehen von HV-Systemen, nicht notwendig nach Fehlerströmen zu suchen. Der Rückstrompfad erfolgt direkt am Steuergerät über die Kl. 31, wird dann aber lokal auf das Chassis geführt. Auch hier herrscht im unbestromten Zustand an jeder Stelle identisches Potential. Erst durch einen Spannungabfall aufgrund des ohmschen Widerstandes der Leitung oder aufgrund von Wechselströmen in Zusammenspiel mit der Leitungsinduktivität ergeben sich unterschiedliche Potenziale für Kl. 31 und das Chassis. \\
+Auf der Platine arbeiten wir in der Regel im Zweileitersystem. Das Chassis- oder PE-Potenzial liegt meist nur am Stecker an und wird auf dem PCB nicht weitergeführt. Eine direkte Verbindung von PE und N ist unzulässig (FI-Auslösung).\\
-Es drängt sich die Frage auf warum die Steuergeräte den Rückstrom nicht direkt lokal auf das Chassis führen. Die Frage lässt sich damit beantworten, dass zum einen über das Steuergerätegehäuse und die Halterung keine niederohmige Verbindung gewährleistet werden kann und zum anderen, dass die Anzahl an (unlackierten) Bolzen, meist Tuckerbolzen, begrenzt ist.\\
-Bei genauerer Betrachtung der obigen Abbildung zu den Stromverläufen fällt auf, dass es sich eigentlich um genau die Situation der galvanischen Kopplung handelt, welche wir eben gerade nicht haben wollen. In den meisten Fällen stellt das Chassis des Gesamtfahrzeug eine derart niederohmige und niederinduktive Verbindung dar, dass der entstehende Spannungsabfall nicht ins Gewicht fällt. \\
+Ein häufiges Problem ist eine „unsaubere“ Masse. Messungen können stark von der Position der Referenz abhängen („hüpfende Masse“). Daher ist es sinnvoll, einen klar definierten Referenzpunkt (Sternpunkt) festzulegen und von dort aus sternförmig zu verteilen.
-Im Dreileitersystem können wir die Ströme in Gleich- und Gegentaktströme unterteilen. Zu Reduktion von Gleichtaktströmen haben wir verschiedene Filtertypen kennengelernt. Leider lassen sich die sogenannten Y-Kondensatoren nur einsetzten falls die Störströme lokal auf das Chassis bzw. den PE-Leiter abgeführt werden können. Nicht möglich ist dies im Fahrzeug bei z.B. nicht leitenden Gehäusen und im Hausnetz allgemein bei Geräten ohne PE- Anschluss. Zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen bleibt uns somit nur die Möglichkeit über Gleichtaktdrosseln.
-\\
-Auf der Platine arbeiten wir normalerweise stets im Zweileitersystem. Das Chassispotenzial oder PE-Potential liegt typischerweise nur noch am Stecker an zur Anbindung der von Y-Kondensatoren und wird auf dem PCB nicht weiter geführt. PE und N- Anschluss dürfen wir keinesfalls zusammenführen, da dies zu einer sofortigen Auslösen des FI-Schutzschalters führen würde. Im Automotiv Bereich obliegt es den Regularien des Fahrzeugherstellers ob wird Kl. 31 und eine ggf. vorhandene Anbindung über das Gehäuse zur Masse zusammenführen dürfen. \\
-Auf der Platine stellt unser größtes Problem eine unsaubere Referenz bzw. Masse dar. Vielleicht ist ihnen auch schon einmal aufgefallen, dass Messergebnisse mit dem Oszilloskop von der Position der Anbindung der Tastkopfreferenz abhängig sind. In so einem Fall liegt eine "hüpfend" Masse vor, ein klassisches Problem der galvanischen Kopplung. Daher ist es sinnvoll sich eine Ruhepunkt zu definieren welches den Referenz Null-Knoten darstellt. In einer Simulation wäre das der Spice Null-Knoten. Von diesem Referenzpunkt gehen wir dann sternförmig zu den einzelnen Zonen in unserem Schaltbild und sorgen so dafür, dass ein Spannungsabfall entlang eines Rückstrompfades sich nicht auf benachbarte Systeme auswirken kann.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:masseverteilung_erweitert.jpg?direct&1000 |}}
-Obige Abbildung zeigt die sternförmige Masseverteilung unserer BLDC Motorendstufe. Direkt am Stecker der Leistungselektronik wird der Sternpunkt definiert von welchem aus die Masse in die einzelnen Zonen verteilt wird. Rechts im Bild ist die Umsetzung anhand eines Schaltplanausschnitt dargestellt. Die meisten Layoutprogramme unterstützen mehr als als eine Darstellung der Masse. Unterschieden wird meist zwischen analoger und digitalen Masse sowie dem Erdsymbol. In der Simulation ist dies jedoch meist nicht möglich, da es nur eine absolute Referenz geben kann auf welche sich alle Potenziale beziehen, den Spice- Null Knoten. Alle weiteren (realen) Referenzpunkte müssten gegebenenfalls in der Simulation über Induktivitäten entkoppelt und über Knotennamen beschriftet werden.\\
-Hilfreich ist es die Knoten der unterschiedlichen Massepunkte erst zum Ende des Layoutprozess zu verbinden, da das Programm andernfalls von identischen Potenzialen ausgeht womit keine Unterscheidung mehr möglich ist (siehe unten, lokale Masseführung)
 === Lokale Masseführung ===
 {{:professoren_webseiten:rebholz:lokale_massefuehrung.jpg?direct&400 |}}
-Wie bereits zuvor gesehen gibt es besonders in leistungselektronischen Schaltungen Pfade mit getakteten Strömen, welche unsere besondere
+Rückströme sollen möglichst lokal geschlossen werden. Dazu werden Massebereiche gezielt getrennt und an definierten Punkten (z.B. über Lötbrücken) verbunden.
-Aufmerksamkeit benötigen. Da wir eine Ausbreitung der Störungen auf weitere Schaltungsteile verhindern möchten ist es sinnvoll dem Rückstrom einen definierten Weg anzubieten. \\
-Das Beispiel zeigt die lokale Auftrennung der Massesysteme so, dass der Freilaufstrom durch die Diode gezwungen wird sich lokal zu schließen. Besser gesagt zwingen wir ihn nicht dazu, da die beiden Massesysteme ja wieder geschlossen werden, wir bieten ihm lediglich einen möglichst niederohmigen, lokalen Pfad an. Um im Layout beide Netze voneinander zu unterschieden wird hier mit Hilfe einer Lötbrücke (JP5), welche stets geschlossen ist, die Verbindung an einer definierten Stelle hergestellt.
 === Masseflächen ===
-Durch den zwischenzeitlichen sehr günstigen [[https://www.youtube.com/watch?v=2EU6WB6uYKk&t=456s|Herstellungsprozess]] von Leiterplatten macht sich normalerweise keiner mehr Gedanken wie viel Kupfer auf dem PCB weggeätzt werden muss. Als jedes Labor noch sein eigenes Ätzbad hatte war dies anders. Je mehr Kupfer aufgelöst werden sollte, desto schnelle musste das Ätzbad erneuert werden. Man hatte also ein natürliches Interesse daran möglichst wenig Kupfer zu entfernen. \\
+Moderne PCBs nutzen großflächige Masseflächen zur Verbesserung der EMV. Ziel ist es, Rückströme möglichst nahe am Hinleiter zu führen.\\
-Heute hat sich hinsichtlich der EMV die Erkenntnis durchgesetzt sämtliche freien Flächen mit der Masse (besser dem Rückleiter ;-)) zu füllen. Frei nach dem Motto: Viel hilft viel. Oder anders ausgedrückt, die eigentliche Leiterbahn wird aus der Massefläche freigeschnitten. Da wir an der Hochschule eine Fräse verwenden haben wir jetzt ein ähnliches Problem wie zuvor mit dem Ätzbad. Je mehr Kupfer entfernt werden muss, desto schneller verschleißt unser Fräser. \\
+Empfehlung:
-Nachfolgende Abbildung zeigt eine typische Platine im Vergleich mit und ohne Masseflächen.
+- Rückleiter zuerst als Trace führen
+- Danach Flächen auffüllen
+- Viele Vias zur Verbindung der Ebenen nutzen
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:masseflaeche.jpg?direct&800 |}}
-Ich empfehle allerdings stets den Rückleiter zuerst mit Traces auszubilden und sich nicht auf die folgende Massefläche zu verlassen. Um eine möglichst niederohmige Massefläche zu erhalten sollten bei industriell gefertigten Leiterplatten möglichst viele Verbindungen (Vias) zwischen den Masseflächen auf der Ober- und Unterseite hergestellt werden. Es ist nicht schlimme falls die Platine dann wie ein Schweizer Käse aussieht.\\
+Achtung: Bei offenen Induktivitäten (z.B. Stabkerndrosseln) keine geschlossenen Masseschleifen darunter erzeugen.
-{{:professoren_webseiten:rebholz:rueckstrompfad3.jpg?direct&200 |}}
+=== Abbiegende Traces ===
-Das Ziel der großflächigen Masse basiert darauf den Rückstrom geometrisch möglichst nahe am Leiter zu führen. Dabei hilft uns, dass die Rückströme gewillt sind von sich aus möglichst nahe am Leiter zu verlaufen. Wir müssen ihm sozusagen nur die Chance dazu zu geben.....\\
-Für Platinen mit mehr als zwei leitfähigen Lagen (Multilayer) wird meist eine komplette Lage der Masse gewidmet und zusätzlich frei Flächen mit Masse aufgefüllt in allen Lagen. Man erhält damit eine Art Schirmung, zu mindestens für die innenliegenden Leiterbahnen.
-Schön zu sehen ist dieses Verhalten in der Simulation zur Eindrahtleitung für Frequenzen > 100MHz. Die Flächenfarben zeigen den Stromfluss unterhalb der Leitung welche 5cm über einer leitfähigen Tischoberfläche angebracht wird. \\
-Es wäre theoretisch auch möglich anstatt mit Masse, mit dem Versorgungspotenzial zu füllen. Allerdings existieren in den Schaltungen natürlich meist mehrere unterschiedliche Potenziale und es wäre hinsichtlich auftretender Kurzschlüsse ziemlich unhandlich.\\
-\\
-Fragen Sie einen EMV-Ingenieur nach einer speziellen Maßnahmen für das gegebene Problem wird er vermutlich sagen: Kommt darauf an ..... Das bedeutet alle hier aufgestellten Regeln sind Hinweise welche die EMV in Summe verbessern aber alleine meist nicht der Weisheit letzten Schluss darstellen. Die Massefläche ist ein schönes Beispiel: Im Allgemeine wie beschrieben eine gute Idee. Allerdings auch hier stets kritisch hinterfragen. Bei offenen Spulen ( [[https://de.wikipedia.org/wiki/Drossel_(Elektrotechnik)#Stabkerndrosseln|Stabkerndrosseln]])
-möchten wir natürlich nicht, dass das Magnetfeld in die unterliegende Massefläche einkoppelt. Hier ist ist es besonders wichtig nicht mit gestückelten Masseflächen Schleifen unter der Spule aufzuspannen.
-=== Abbiegende Traces ===
-Um abbiegende oder abknickende Leiterbahnen ranken sich viele Mythen. Der Einfluss auf die EMV wird meist überschätzt. Fakt ist, die Zeiten halbkreisförmiger bzw. bogenförmiger Abbiegungen sind vorbei. Diese stammen noch aus der Zeit als Leiterbahnen von Hand aufgeklebt wurden. Bei der Erstellung der nachfolgenden Beispiele konnte ich in KiCAD die Einstellung dazu auf die Schnelle gar nicht finden.
 {{:professoren_webseiten:rebholz:abbiegen.jpg?direct&200 |}}
-Es verbleiben somit 90° und 2x45° Winkel. Durchgesetzt haben sich die 45° Winkel. Dabei ergeben sich folgende Vorteile. Liegt die Signallaufzeit der Signale in der Größenordnung der Laufzeiten auf der Leiterkarte können sich natürlich auch hier Reflexionen ausbilden. Das bedeutet wir müssen auch die Leiterbahnen mit dem Wellenwiderstand abschließen. Die allermeisten Layoutprogramme haben mittlerweile kleine Berechnungsprogramme integriert welche für uns den Wellenwiderstand der Traces berechnen. Basis dazu sind die Maxwellschen Gleichungen welche sich für unsere hier zweidimensionalen Probleme auf der Leiterkarte geschlossen lösen lassen. Bei jeder Abbiegung der Leiterbahn erzeugen wir jedoch eine Inhomogenität des Wellenwiderstandes welche sich mit Hilfe der 45° Bögen reduzieren lassen. Vermutlich wäre für diesen Fall ein runder Bogen die besser Wahl. Ich hoffe Sie erinnern sich, 300MHz entspricht einer Wellenlänge von 1m. Das bedeutet unsere Signale müssen schon sehr schnell sein (>1GHz) damit wir uns darüber Gedanken machen müssen. \\
+°-Winkel sind Standard. Vorteile:
-Es hält sich auch die Überlieferung, dass sich in der PCB Fertigung weniger Probleme im Ätzbad und bei der Lackierung ergeben. Allerdings kenne ich dazu keine gesicherte Quelle bzw. Aussage eines Herstellers. In den Regeln (Design Rules) der Hersteller ist mir bisher dazu nichts bekannt.\\
+- geringere Impedanzsprünge
-Somit verbleibt nur noch vermutlich der am häufigsten verwendet Grund für 45° Winkel: Es sieht einfach professioneller aus!
+- bessere HF-Eigenschaften (bei sehr hohen Frequenzen relevant)
+Für typische Designs (<1 GHz) ist der Effekt meist sekundär.
 === Ungenutzte Pins ===
 {{:professoren_webseiten:rebholz:ungenutzte_schaltkreise.jpg?direct&200 |}}
-In manchen Fällen kann es vorkommen, dass integrierte Schaltkreise mehr Funktionalität bieten als notwendig. Typischerweise bei binären Schaltkreisen oder Operationsverstärkern. Obwohl nicht verwendet, sollten die Eingänge dieser Schaltkreise auf ein definiertes Potential gebracht werden. Damit stellen wir sicher, dass es keine "in der Luft hängende (floating)" Potentiale gibt welche dann über eine interne Kopplung hochfrequente Signale emittieren oder von außen Störungen einfangen.\\
+Ungenutzte Eingänge dürfen nicht „floating“ bleiben. Sie sollten immer auf ein definiertes Potenzial gelegt werden, um unerwünschte Einkopplungen zu vermeiden.
-\\
-\\
 === Software ===
-Es hört sich vielleicht merkwürdig an, aber auch Software kann einen kleinen Teil zur EMV beitragen. Über die Software wird in vielen Fällen die Taktfrequenz leistungselektronischer Systeme oder Übertragungsraten eingestellt. Ok, die Vorgabe der Frequenz erfolgt in der funktionalen Entwicklung, allerdings können sie den Softwareentwickler bitten
-  * verschiedene Taktfrequenzen für die EMV-Prüfung zu implementieren mit einer einfachen Umschaltung oder über verschiedene Softwarestände
+Auch Software kann EMV beeinflussen:
-  * falls funktional möglich ein Spread-Spektrum Verfahren zu implementieren, siehe {{ :professoren_webseiten:rebholz:spread-spectrum-frequency-modulation-reduces-emi.pdf |}}
+  * Anpassbare Taktfrequenzen für Tests
-  * Bei ungenutzten Pins die internen Pull-Up Widerstände des µC aktivieren
+  * Spread-Spectrum-Verfahren einsetzen
-\\
+  * Interne Pull-ups aktivieren bei ungenutzten Pins
 ===== 13.0 ESD und Blitzentladungen =====
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 ==== Schutz vor Überspannungen ====
-Es gibt mehrere Möglichkeiten sich gegenüber Überspannungen zu schützen. Meist ist eine Maßnahme alleine nicht ausreichend, sondern es bedarf mehrere Schutzelemente um die notwendige Spannungsreduktion zu erreichen. Wir sprechen dann von einem gestaffelten Schutz. Alles Schutzmaßnahmen vereinen, dass die Überspannung gegenüber dem Referenzpotenzial abgebaut wird. Das bedeutet, die Schutzelemente werden stets parallel zum Verbraucher positioniert. Vielleicht kennen Sie von zu Hause Steckdosenleisten mit integriertem Überspannungsschutz. Je nach Güte sind eine oder mehrere der folgenden Element darin verbaut.
+Es gibt mehrere Möglichkeiten, sich gegenüber Überspannungen zu schützen. Meist ist eine einzelne Maßnahme nicht ausreichend, sondern es werden mehrere Schutzelemente benötigt, um die notwendige Spannungsreduktion zu erreichen. Man spricht dann von einem gestaffelten Schutz. Allen Schutzmaßnahmen ist gemeinsam, dass die Überspannung gegenüber dem Referenzpotenzial abgebaut wird. Das bedeutet, die Schutzelemente werden stets parallel zum Verbraucher positioniert. Vielleicht kennen Sie aus dem Haushalt Steckdosenleisten mit integriertem Überspannungsschutz. Je nach Qualität sind eine oder mehrere der folgenden Elemente darin verbaut.
 === Gasableiter ===
 {{:professoren_webseiten:rebholz:gasableiter_wikipedia.jpg?direct&100 |}}
-[[https://de.wikipedia.org/wiki/Gasableiter|Gasableiter]] sind sozusagen unsere erste Speerspitze zur Reduktion der Überspannung, also ein Fall fürs Grobe ....\\ Der Aufbau entspricht im Wesentlichen einem kleinen Plattenkondensator bei dem ab dem Überschreiten der Durchbruchspannung eine gezielte Entladung stattfindet. Die Ansprechspannung ab wann sich eine Entladung ausbildet kann über das eingesetzte Gas (z.B. Stickstoff oder Edelgase wie Neon, Argon) und den Druck im Inneren der Elemente reguliert werden. Beim Einsatz ist zu beachten, dass der Strom im Entladungsfall nur durch die Lichtbogenspannung begrenzt wird. Nach dem Abklingen der Überspannung erlöscht der Lichtbogen im nächsten Nulldurchgang der Netzspannung. Bei Gleichspannung ist dies nicht der Fall und wir müssen über eine externe Maßnahme für eine Strombegrenzung oder Stromabriss sorgen, zum Beispiel mit einer Sicherung.
+[[https://de.wikipedia.org/wiki/Gasableiter|Gasableiter]] sind sozusagen die erste Speerspitze zur Reduktion von Überspannungen, also ein Fall fürs Grobe ....\\
+Der Aufbau entspricht im Wesentlichen einem kleinen Plattenkondensator, bei dem ab dem Überschreiten der Durchbruchspannung eine gezielte Entladung stattfindet. Die Ansprechspannung, ab der sich eine Entladung ausbildet, kann über das eingesetzte Gas (z.B. Stickstoff oder Edelgase wie Neon, Argon) und den Druck im Inneren des Elements eingestellt werden. Beim Einsatz ist zu beachten, dass der Strom im Entladungsfall nur durch die Lichtbogenspannung begrenzt wird. Nach dem Abklingen der Überspannung erlischt der Lichtbogen im nächsten Nulldurchgang der Netzspannung. Bei Gleichspannung ist dies nicht der Fall, sodass eine externe Maßnahme zur Strombegrenzung oder zum Stromabriss notwendig ist, z.B. eine Sicherung.
 === Varistoren ===
-[[https://en.wikipedia.org/wiki/Varistor|Varistoren]] sind spannungsabhängige, nichtlineare Widerstände aus Metalloxid. Im Gegensatz zum Gasableiter ist das Ansprechverhalten unabhängig von der Anstiegszeit der Spannung (du/dt). Nachfolgende Abbildung zeigt Varistoren verschiedener Größe und eine typische U/I Kennlinie in logarithmischer Darstellung.
+[[https://en.wikipedia.org/wiki/Varistor|Varistoren]] sind spannungsabhängige, nichtlineare Widerstände aus Metalloxid. Im Gegensatz zum Gasableiter ist das Ansprechverhalten unabhängig von der Anstiegszeit der Spannung (du/dt). Nachfolgende Abbildung zeigt Varistoren verschiedener Größen sowie eine typische U/I-Kennlinie in logarithmischer Darstellung.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:varistor.jpg?direct&600 |}}
-Die Kennlinie gehört zu einem Varistor der typischerweise zum Schutz einer Anwendung am 230V Versorgungsnetz eingesetzt wird. Zu beachten ist, dass bereits bei der Netzspannung ein geringer Ableitstrom fließen kann. Mit steigender Spannung nimmt der Widerstand des Ableiters schlagartig ab und ermöglicht den Kurzschluss des Überspannungsimpuls. In vielen Fällen wird die Spannung angegeben bei der 1A fließen, in unserem Fall also knapp 600V. Würth Elektronik gibt für seine Varistoren die 5A Spannung an. Das Diagramm zeigt, dass die Spannung ein vielfaches der Nennspannung betragen muss, damit ein signifikanter Ableitstrom fließen kann. \\
+Die Kennlinie gehört zu einem Varistor, der typischerweise zum Schutz einer Anwendung am 230-V-Versorgungsnetz eingesetzt wird. Zu beachten ist, dass bereits bei der Netzspannung ein geringer Ableitstrom fließen kann. Mit steigender Spannung nimmt der Widerstand des Varistors schlagartig ab und ermöglicht den Kurzschluss des Überspannungsimpulses. In vielen Fällen wird die Spannung angegeben, bei der 1 A fließt, in unserem Fall also knapp 600 V. Würth Elektronik gibt für seine Varistoren die Spannung bei 5 A an. Das Diagramm zeigt, dass die Spannung ein Vielfaches der Nennspannung betragen muss, damit ein signifikanter Ableitstrom fließen kann. \\
-Das bedeutet, wir müssen uns nach unserem Grobschutz mit Funkenstrecke oder Varistor jetzt noch um Schutzelemente kümmern welche die Spannung noch weiter reduzieren können.
+Das bedeutet, wir müssen uns nach dem Grobschutz (Funkenstrecke oder Varistor) noch um weitere Schutzelemente kümmern, welche die Spannung weiter reduzieren.
 === Dioden ===
-Dioden kennen wir natürlich sehr gut aus der funktionalen Schaltungsentwicklung. Als Überspannungsschutz eignen sich nur bedingt bzw. bis zu ihrer Durchlassspannung. Zum Schutz werden daher vielmehr Zener-Dioden eingesetzt. Diese Dioden werden in Sperrrichtung verbaut und wir nutzen den Effekt einer schlagartig eintretenden Leitfähigkeit sobald die Zenerspannung überschritten wird.
+Dioden sind aus der funktionalen Schaltungsentwicklung bekannt. Als Überspannungsschutz eignen sie sich nur begrenzt bzw. bis zu ihrer Durchlassspannung. Zum Schutz werden daher vor allem Zenerdioden eingesetzt. Diese werden in Sperrrichtung betrieben, wobei die schlagartig eintretende Leitfähigkeit beim Überschreiten der Zenerspannung genutzt wird.\\
-[[https://de.wikipedia.org/wiki/Suppressordiode|Supressordioden]] oder TVS (Transient Voltage Supressor) sind den Zenerdioden sehr ähnlich, allerdings mit höheren Durchbruchspannungen (analog der Zenerpsannung) bzw. mit größerer Stromtragfähigkeit verfügbar. Alle Diodentypen sind in ihrer Grundform unidirektional womit wir zum Schutz von positiven als auch negativen Überspannungen jeweils zwei Dioden in Reihe schalten müssen "back to back".
+[[https://de.wikipedia.org/wiki/Suppressordiode|Suppressordioden]] (TVS – Transient Voltage Suppressor) sind den Zenerdioden ähnlich, jedoch mit höheren Durchbruchspannungen und deutlich größerer Stromtragfähigkeit verfügbar. Alle Diodentypen sind in ihrer Grundform unidirektional, sodass zum Schutz gegen positive und negative Überspannungen jeweils zwei Dioden „back-to-back“ geschaltet werden müssen.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:tvs.jpg?direct&600 |}}
-Die Abbildung zeigt ein Ausschnitt aus dem Datenblatt der TVS Diode DO-218. Die Durchbruchspannug ist hier als der Wert angegeben ab dem ein Strom von 5mA fließt. Bitte beachten sie den schlagartigen Übergang in die Leitfähigkeit:
+Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus dem Datenblatt einer TVS-Diode (DO-218). Die Durchbruchspannung ist hier als der Wert angegeben, bei dem ein Strom von 5 mA fließt. Zu beachten ist der steile Übergang in die Leitfähigkeit:
-  * 10,0V -> 15µA
+  * 10,0 V -> 15 µA
-  * 11,1V - 12,3V -> 5mA
+  * 11,1 V – 12,3 V -> 5 mA
-Zu beachten ist, dass TVS Diode eine relativ hohe Kapazität aufweisen welche bis in den nF Bereich reichen kann. Das bedeutet wir können die Dioden ggf. nicht zum Schutz hochfrequenter Signale einsetzten (Audio, Funkanwendungen usw.).
+Zu beachten ist außerdem, dass TVS-Dioden eine relativ hohe Kapazität besitzen, die bis in den nF-Bereich reichen kann. Dadurch sind sie für hochfrequente Signale (Audio, HF-Anwendungen usw.) nur eingeschränkt geeignet.
 === Gestaffelter Schutz ===
-Ein gestaffelter oder mehrstufiger Schutz enthält mehrere Bauelemente und baut die auftretende Überspannung nach und nach ab. Nachfolgend ein Beispiel für einen gestaffelten Schutz für eine 24V Versorgungsschiene.
+Ein gestaffelter (mehrstufiger) Schutz kombiniert mehrere Bauelemente und baut die auftretende Überspannung schrittweise ab. Nachfolgend ein Beispiel für eine 24-V-Versorgungsschiene.
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-Ein Problem bleibt allerdings. Liegen alle Schutzelemente am identischen Potenzial (also gleicher Anschluss) würde der Überspannungsimpuls unsere TVS Diode zerstören bevor der Gasableiter überhaupt angesprochen hat. Daher müssen wir die einzelnen Elemente gegeneinander Entkoppeln bzw. wir müssen davor sorgen, dass der gedämpfte Impuls verzögert an den weiteren Schutzelementen ankommt. Ströme bremsen bzw. verzögern können wir mit Hilfe einer Induktivität welche zwischen den jeweiligen Stufen angebracht werden.\\
+Ein Problem bleibt jedoch: Liegen alle Schutzelemente am gleichen Knoten, würde der Überspannungsimpuls die TVS-Diode zerstören, bevor der Gasableiter überhaupt anspricht. Daher müssen die einzelnen Stufen entkoppelt werden. Dies erfolgt typischerweise über Induktivitäten, welche zwischen den Schutzstufen eingefügt werden und den Stromanstieg verzögern.
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-Abschließend ein Beispiel der Firma Wago welche die gesamte Schutzschaltungen in Reihenklemmen zur Hutschienenmontage integriert.
+Abschließend ein Beispiel der Firma Wago, bei dem die gesamte Schutzbeschaltung in Reihenklemmen für die Hutschienenmontage integriert ist.
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-Die Schutzbeschaltung ist ausgelegt zum Schutz von 24V DC Versorgungsmodulen gegenüber Überspannungen nach DIN EN 61643-21 (Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung).\\
+Die Schutzbeschaltung ist zum Schutz von 24-V-DC-Versorgungsmodulen gegenüber Überspannungen nach DIN EN 61643-21 ausgelegt (Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung).\\
-Achten Sie doch einfach beim nächsten Einkauf im Baumarkt oder Aldi darauf welche Schutzelemente in Mehrfachsteckdosen mit integriertem Überspannungsschutz verbaut sind. Vielleicht ist ein Hinweis auf dem Typenschild zu finden.
+Achten Sie beim nächsten Einkauf im Baumarkt oder Discounter darauf, welche Schutzelemente in Mehrfachsteckdosen mit integriertem Überspannungsschutz verbaut sind. Oft finden sich entsprechende Hinweise auf dem Typenschild.
 ===== 14.0 Automotive EMV =====
-Auch Fahrzeuge benötigen eine Art CE-Kennzeichen. Allerdings sprechen wir dann von der Straßenzulassung oder Homologation. Obwohl EMV-Grenzwerte vorgegeben sind setzten die Fahrzeughersteller meist deutlich strengere Anforderungen an die Komponenten als auch an das Gesamtfahrzeug an. Wie bereits zu Beginn erwähnt, EMV ist auch ein Qualitätsmerkmal. \\
+Auch Fahrzeuge benötigen eine Art CE-Kennzeichen. Allerdings sprechen wir dann von der Straßenzulassung oder Homologation. Obwohl EMV-Grenzwerte vorgegeben sind, setzen die Fahrzeughersteller meist deutlich strengere Anforderungen an die Komponenten als auch an das Gesamtfahrzeug an. Wie bereits zu Beginn erwähnt: EMV ist auch ein Qualitätsmerkmal. \\
-Aufgrund der hohen Elektronikdichte im Fahrzeug natürlich auch nicht weiter verwunderlich, insbesondere da wir dem Kunden alle Radio und Funkdienste zur Verfügung stellen wollen.
+Aufgrund der hohen Elektronikdichte im Fahrzeug ist dies natürlich auch nicht weiter verwunderlich, insbesondere da wir dem Kunden alle Radio- und Funkdienste zur Verfügung stellen wollen.
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-Während des Entwicklungsprozess einer neuen Fahrzeugkomponenten werden die ersten EMV-Messungen bereits mit frühen A-Mustern durchgeführt oder idealerweise zusätzlich zu funktionalen Tests am Brettmuster. Spätestens bevor die Komponenten in Fahrzeugprototypen oder der Baustufe verwendet werden erfolgt eine reduzierte EMV-Messung der wichtigsten Prüfungen (leitungsgebundene und gestrahlte Emission, Störfestigkeit). In den weiteren Musterständen werden die EMV-Eigenschaften der Komponenten dann bis zur Serienreife entwickelt. \\
+Während des Entwicklungsprozesses einer neuen Fahrzeugkomponente werden die ersten EMV-Messungen bereits mit frühen A-Mustern durchgeführt oder idealerweise zusätzlich zu funktionalen Tests am Brettmuster. Spätestens bevor die Komponenten in Fahrzeugprototypen oder der Baustufe verwendet werden, erfolgt eine reduzierte EMV-Messung der wichtigsten Prüfungen (leitungsgebundene und gestrahlte Emission, Störfestigkeit). In den weiteren Musterständen werden die EMV-Eigenschaften der Komponenten dann bis zur Serienreife entwickelt. \\
-Ob die Komponente allen Anforderungen genügt zeigt sich allerdings erst bei der EMV-Prüfung im Fahrzeug. Hier wird explizit danach gesucht ob die Emissionen der Komponente Funksignale beeinflussen können. Dazu wird zum Beispiel die Störspannung am Ausgang der verschiedenen Antennenverstärker bei aktiver Komponente gemessen. Wie wir im späteren Verlauf des Kapitels sehen werden kann es leider vorkommen, dass eine Komponente im Fahrzeug auffällig werden kann obwohl im Labor alle Grenzwerte eingehalten werden. Der Unterschied liegt natürlich zum einen an der Leitungsimpedanz im Fahrzeug, welche wir während der Komponentenmessung über die Netznachbildungen annähern, sowie der verschiedenen Masseverhältnisse (Anbindung zum Chassis).\\
+Ob die Komponente allen Anforderungen genügt, zeigt sich allerdings erst bei der EMV-Prüfung im Fahrzeug. Hier wird explizit danach gesucht, ob die Emissionen der Komponente Funksignale beeinflussen können. Dazu wird zum Beispiel die Störspannung am Ausgang der verschiedenen Antennenverstärker bei aktiver Komponente gemessen. Wie wir im späteren Verlauf des Kapitels sehen werden, kann es leider vorkommen, dass eine Komponente im Fahrzeug auffällig wird, obwohl im Labor alle Grenzwerte eingehalten werden. Der Unterschied liegt natürlich zum einen an der Leitungsimpedanz im Fahrzeug, welche wir während der Komponentenmessung über die Netznachbildungen annähern, sowie an den verschiedenen Masseverhältnissen (Anbindung zum Chassis).\\
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-Nachfolgende Abbildung zeigt eine Messung der leitungsgebundener Emissionen mit den Grenzwerten nach CISPR25. Man unterscheidet verschiedene Grenzwertklassen. Der Fahrzeughersteller wählt die Grenzwertklasse für das jeweilige Steuergerät je nach Gefährdungspotenzial und Lage im Fahrzeug. Je näher sich die Komponente an Antennenstrukturen oder Verstärkern befindet, desto strenger muss der Grenzwert gewählt werden.
+Nachfolgende Abbildung zeigt eine Messung der leitungsgebundenen Emissionen mit den Grenzwerten nach CISPR25. Man unterscheidet verschiedene Grenzwertklassen. Der Fahrzeughersteller wählt die Grenzwertklasse für das jeweilige Steuergerät je nach Gefährdungspotenzial und Lage im Fahrzeug. Je näher sich die Komponente an Antennenstrukturen oder Verstärkern befindet, desto strenger muss der Grenzwert gewählt werden.
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-Die Grenzwerte sind nicht für den gesamten Frequenzbereich definiert, lediglich im Bereich der Arbeitsfrequenz der verschiedenen Funksignale. Da in Europa die Lang- Mittel- und Kurzwelle kaum noch nachgefragt werden, kann es sein, dass der Hersteller die Grenzwerte für diesen Bereich ignoriert. \\
+Die Grenzwerte sind nicht für den gesamten Frequenzbereich definiert, sondern lediglich im Bereich der Arbeitsfrequenzen der verschiedenen Funksignale. Da in Europa die Lang-, Mittel- und Kurzwelle kaum noch nachgefragt werden, kann es sein, dass der Hersteller die Grenzwerte für diesen Bereich ignoriert. \\
 Hier wird nur beispielhaft auf die leitungsgebundene Emission eingegangen. Für die gestrahlte Emission wird in gleicher Weise vorgegangen.
 ==== Leitungsverbindungen im Fahrzeug ====
-Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln gesehen spielen Leiterverbindungen in der EMV ein große Rolle. Sie verbreiten die Emissionen nicht nur wie eine Antenne sondern führen leitungsgebundene Störströme direkt zu benachbarten Geräten. Die Störausbreitung muss nicht nur auf der Versorgungsleitung erfolgen, sondern kann sich aufgrund von Überkopplungen zu benachbarten Leitern im Kabelbaum auf beliebigen Adern verteilen. \\
+Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln gesehen, spielen Leiterverbindungen in der EMV eine große Rolle. Sie verbreiten die Emissionen nicht nur wie eine Antenne, sondern führen leitungsgebundene Störströme auch direkt zu benachbarten Geräten. Die Störausbreitung muss dabei nicht ausschließlich auf der Versorgungsleitung erfolgen, sondern kann sich aufgrund von Überkopplungen zu benachbarten Leitern im Kabelbaum auf beliebige Adern verteilen. \\
-Nachfolgende Abbildung zeigt für das Beispiel eines zehnadrigen Kabelbaum über einer leitfähigen Tischfläche die Emissionen zu einer Monopolantenne in einem Meter Abstand. Bewertet werden jeweils die Transmission (Bild rechts).
+Nachfolgende Abbildung zeigt für das Beispiel eines zehnadrigen Kabelbaums über einer leitfähigen Tischfläche die Emissionen zu einer Monopolantenne in einem Meter Abstand. Bewertet wird jeweils die Transmission (Bild rechts).
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-Mir geht es nicht darum den exakten Verlauf mit Ihnen zu besprechen, sondern einfach noch einmal die Varianz aufzuzeigen welche sich mit dem Einsatz eines Kabelbaums ergibt. Die roten Linien zeigen die minimal und maximal mögliche Transmission zu einer Monopolantenne. Je nach verwendeter Ader ergeben sich darin Unterschiede von bis zu 20dB. Das bedeutet, je nach gewählter Ader innerhalb des Bündels können die Messwerte zur gestrahlten Emission entweder 10dB über dem Grenzwert oder 10dB unter dem Grenzwert liegen. Zehn Adern innerhalb eines Kabelbaum sind eher die Regel als die Ausnahme. Teilweise verlaufen armdicke Leitungen im Inneren der Fahrzeugstruktur. Um die Kopplung und Impedanzeigenschaften der Leitungen genauer zu untersuchen schauen wir uns nun das Verhalten realer Fahrzeugkabelbäume genauer an.\\
+Es geht hier nicht darum, den exakten Verlauf zu analysieren, sondern die Varianz zu verdeutlichen, die sich durch den Einsatz eines Kabelbaums ergibt. Die roten Linien zeigen die minimal und maximal mögliche Transmission zu einer Monopolantenne. Je nach verwendeter Ader ergeben sich Unterschiede von bis zu 20 dB. Das bedeutet, dass je nach gewählter Ader innerhalb des Bündels die Messwerte zur gestrahlten Emission entweder 10 dB über oder 10 dB unter dem Grenzwert liegen können. Zehn Adern innerhalb eines Kabelbaums sind eher die Regel als die Ausnahme. Teilweise verlaufen armdicke Leitungsbündel im Inneren der Fahrzeugstruktur. Um die Kopplungs- und Impedanzeigenschaften der Leitungen genauer zu untersuchen, betrachten wir im Folgenden reale Fahrzeugkabelbäume.\\
-Dazu wird der Fahrzeugkabelbaum eines gesamten Fahrzeugs an einem Hilfsrahmen befestigt und die Impedanzen an verschiedenen Stellen vermessen. Kabelwege lassen sich dadurch einfach nachverfolgen sowie bei der Emissionsmessung die Ausbreitung von Störströmen im Gesamtaufbau verfolgen. Nachfolgende Abbildung zeigt den Laboraufbau zur Untersuchung der Kabelbäume.
+Dazu wird der Kabelbaum eines gesamten Fahrzeugs an einem Hilfsrahmen befestigt und die Impedanzen an verschiedenen Stellen vermessen. Kabelwege lassen sich dadurch einfach nachverfolgen sowie bei der Emissionsmessung die Ausbreitung von Störströmen im Gesamtaufbau analysieren. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Laboraufbau zur Untersuchung der Kabelbäume.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:kabelbaumnachbildung.jpg?direct&600 |}}
-Führen wir jetzt unseren ersten Versuch mit dem Aufbau durch und integrieren den uns sehr gut bekannten Tiefsetzsteller. In unserem Testaufbau bewerten wird dann die ausgehenden Gleichtaktströme. Nachfolgendes Beispiel zeigt den Aufbau in Anlehnung zur Untersuchung eines Scheibenwischermotors mit dazugehörigem Steuergerät. \\
+Führen wir nun einen ersten Versuch mit diesem Aufbau durch und integrieren den bekannten Tiefsetzsteller. In unserem Testaufbau bewerten wir die ausgehenden Gleichtaktströme. Das folgende Beispiel zeigt den Aufbau in Anlehnung an die Untersuchung eines Scheibenwischermotors mit zugehörigem Steuergerät. \\
 Wir vergleichen dabei die Messwerte für den Gleichtaktstrom in dBµA:
-  * Aufbau analog der Komponentenmessung nach CISPR25 (Bild links a, rechts without harness)
+  * Aufbau analog zur Komponentenmessung nach CISPR25 (Bild links a, rechts „without harness“)
-  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung direkt an der Komponente (close to the DUT)
+  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung direkt an der Komponente („close to the DUT“)
-  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung am Verbraucher (Bild links b, far end of the harness)
+  * Aufbau im Fahrzeug, Störstrommessung am Verbraucher (Bild links b, „far end of the harness“)
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:common_mode_lisn-vs-kabelbaum.jpg?direct&1000 |}}
-Bereits auf den ersten Blick zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Messung im klassischen Laboraufbau mit der Netznachbildung und dem Fahrzeugkabelbaum. Die Leitungsresonanzen stechen deutlich hervor und heben jeweils den Störstrom entlang der Leitung deutlich mit bis zu 10dB an. Messbar, aber nur an wenigen Frequenzpunkten wirklich signifikant fällt der Unterschied an verschiedenen Positionen entlang des Kabelbaums aus. \\
+Bereits auf den ersten Blick zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Messung im klassischen Laboraufbau mit Netznachbildung und dem realen Fahrzeugkabelbaum. Die Leitungsresonanzen treten deutlich hervor und erhöhen den Störstrom entlang der Leitung lokal um bis zu 10 dB. Unterschiede entlang des Kabelbaums sind zwar messbar, aber nur an wenigen Frequenzpunkten wirklich signifikant. \\
-Diese erste einfache Messung erklärt sehr anschaulich, dass eingehalten Grenzwerte nicht immer eine Garantie dafür sind erfolgreiche Fahrzeugmessungen zu erhalten. Es macht daher Sinn, dass wir uns die Impedanz der Leitungsverbindungen noch einmal genauer anschauen. Das identische Problem existiert natürlich auch bei der klassischen AC Netznachbildung. Auch hier kann es zu einer Beeinflussung kommen obwohl alle EMV Anforderungen erfüllt werden. Aufgrund der meist geringeren Vernetzung zu Hause oder in der Industrieumgebung fallen solche Probleme allerdings deutlich seltener auf.\\
+Diese einfache Messung zeigt anschaulich, dass eingehaltene Grenzwerte keine Garantie für unauffällige Fahrzeugmessungen sind. Es ist daher sinnvoll, die Impedanz der Leitungsverbindungen genauer zu betrachten. Das gleiche Problem existiert auch bei klassischen AC-Netznachbildungen. Auch hier kann es zu Abweichungen kommen, obwohl alle EMV-Anforderungen erfüllt sind. Aufgrund der geringeren Vernetzung in Haushalts- oder Industrieumgebungen treten solche Effekte dort jedoch seltener auf.\\
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-Nachfolgende Abbildung zeigt die Gleich- und Gegentaktimpedanz verschiedener Leiter (Zweidrahtleitungen) im Vergleich zur Messung mit Netznachbildungen. Die 3m und 6m Leitung befinden sich dabei innerhalb eines Kabelbündels mit weiteren Leitern bei unbekannter relativer Lage zueinander, die Eindrahtleitung ist gleichförmig auf einer leitfähigen Tischfläche aufgebaut.
+Die nachfolgende Abbildung zeigt die Gleich- und Gegentaktimpedanz verschiedener Leitungen (Zweidrahtleitungen) im Vergleich zur Messung mit Netznachbildungen. Die 3-m- und 6-m-Leitungen befinden sich dabei innerhalb eines Kabelbündels mit weiteren Leitern unbekannter relativer Lage, während die Eindrahtleitung gleichförmig auf einer leitfähigen Tischfläche aufgebaut ist.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:gleich-gegentaktimpedanz_fahrzeug.jpg?direct&800 |}}
-Die schwarze Kennlinie zeigt die standardisierte Eingangsimpedanz bei der Verwendung von zwei Netznachbildungen. Im differenziellen Pfad ergibt sich eine Serienschaltung mit 100Ω, für die Gleichtaktimpedanz eine Parallelschaltung und damit 25Ω. Schön zu sehen sind die aufgrund der Leitungsresonanzen entstehenden Minima und Maxima der Impedanzen in Abhängigkeit der Leitungslänge. Bei allen Messungen zeigen sich folgende Effekte:
+Die schwarze Kennlinie zeigt die standardisierte Eingangsimpedanz bei der Verwendung von zwei Netznachbildungen. Im differenziellen Pfad ergibt sich eine Serienschaltung mit 100 Ω, für die Gleichtaktimpedanz eine Parallelschaltung mit 25 Ω. Deutlich erkennbar sind die durch Leitungsresonanzen entstehenden Minima und Maxima der Impedanz in Abhängigkeit von der Leitungslänge. Bei allen Messungen zeigen sich folgende Effekte:
 <WRAP center round important 60%>
-  * Je je mehr Adern sich im Kabelbaum befinden, desto weniger ausgeprägt sind die Resonanzstellen!
+  * Je mehr Adern sich im Kabelbaum befinden, desto weniger ausgeprägt sind die Resonanzstellen!
-  * Gleichtaktimpedanzen sind von diesem Effekt deutlicher betroffen als die Gegentaktimpedanz.
+  * Gleichtaktimpedanzen sind von diesem Effekt stärker betroffen als Gegentaktimpedanzen.
 </WRAP>
-Der erste Effekt ist deutlich zu sehen wenn Sie die 1m lange homogene Leitung (homogen bedeutet hier geradlinig parallel verlegtes Leiterpaar) mit der 6m langen Leitung innerhalb eines Kabelbaums vergleichen. Die Resonanzstellen der 1m Leitung zeigen eine sehr hohe Güte, wobei die Resonanzen der 6m Leitung eher verschliffen wirken und ungleichförmig. Da der differenzielle Strompfad den Hin- und Rückleiter berücksichtigt, ein Gleichtaktstrom jedoch nur eine Richtung kennt, treten die Gegentaktresonanzen entsprechend bei tieferen Frequenzen auf. Typischerweise für frequenzunabhängigen Materialien (Isolation) bei der halben Gleichtaktfrequenz. \\
+Der erste Effekt wird deutlich, wenn man eine 1-m-Leitung (homogen, parallel verlegtes Leiterpaar) mit einer 6-m-Leitung im Kabelbündel vergleicht. Die Resonanzen der kurzen Leitung sind scharf ausgeprägt, während die Resonanzen der langen Leitung gedämpft und unscharf erscheinen. Da der differenzielle Strompfad Hin- und Rückleiter umfasst, während Gleichtaktströme nur eine Richtung kennen, treten Gegentaktresonanzen typischerweise bei niedrigeren Frequenzen auf (etwa bei der halben Gleichtaktfrequenz). \\
+Für die Praxis besonders relevant sind Resonanzstellen mit niedriger Impedanz, da sich hier hohe Störströme ausbilden können. Genau diese Effekte wurden bereits im Beispiel mit dem Scheibenwischermotor beobachtet.\\
-Für uns hauptsächlich von Interesse sind Resonanzstellen mit geringen Impedanzwerten im Vergleich zur Komponentenmessung, da sich hier ein hoher Störstrom ausbilden kann. Genau diese Überhöhungen der Störströme konnten wir zuvor in unserem einführenden Messbeispiel anhand des Scheibenwischermotors erkennen. Das bedeutet, wir sind der Ursache für die angestiegenen Emissionen dicht auf dem Fersen ... \\
+Im direkten Vergleich zeigt sich: Gleichtaktimpedanzen weisen innerhalb eines Kabelbündels kaum ausgeprägte Resonanzen auf und liegen meist über den Laborwerten. Die Ursache liegt darin, dass Gleichtaktströme zahlreiche kapazitive Rückwege zur Masse nutzen können. Gegentaktströme hingegen sind stärker an den definierten Rückleiter gebunden.\\
-Im direkten Vergleich der Gleich- und Gegentaktimpedanz sticht die Gegentaktimpedanz mit ausgeprägten Resonanzstellen unterhalb der Gegentaktimpedanzen der Netznachbildungen hervor, womit wir den zweiten allgemeinen Effekt beschreiben: Gleichtaktimpedanzen zeigen innerhalb eines Kabelbündels bereits bei wenigen Adern nahezu keine ausgeprägten Resonanzstellen mehr. Die Gleichtaktimpedanz ist in diesem Beispiel stets größer als die Gleichtaktimpedanz der Netznachbildungen. Die Ursache liegt darin, dass Gleichtaktströme jede Möglichkeit nutzen sich zur Masse zu schließen. Je mehr Adern zu Verfügung stehen, desto größer sind die kapazitiven Kopplungen zu benachbarten Leitern welche wiederum kapazitiv zur Masse gekoppelt sind. Für Gegentaktströme gibt es deutlich weniger Ausbreitungspfade, sie müssen entlang des Kabelbaums zurückfließen. \\
 \\
-Versuchen wir diese These jetzt zu verallgemeinern. Nachfolgendes Beispiel zeigt dazu das Setup für den Laboraufbau und die Fahrzeugmessung. Mit Hilfe einer Stromzange wird jeweils der Gleich- und Gegentaktstörstrom für zwei verschiedene Varianten gemessen und gegenübergestellt. Unterschieden wird jetzt eine Störquelle deren dominante Emission entweder eine Gleichtaktstörung (Bild c) oder eine Gegentaktstörung (Bild b) darstellt.
+Zur Verallgemeinerung betrachten wir zwei Fälle: dominante Gleichtakt- bzw. Gegentaktstörung.
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-Im Teilbild c) zeigt sich deutlich, dass der Gleichtaktstrom in der Fahrzeugsituation über dem gesamten Frequenzbereich stets kleiner ist als die Referenzmessung im Labor. Dies deckt sich mit der Erkenntnis, dass die Gleichtaktimpedanz stets größer ist als die Laborimpedanz. Ganz anders die Situation bei der Gegentaktemission. Bei einer dominierenden Gegentaktstörung fallen die Leitungsresonanzen jetzt deutlich ins Gewicht und wir erhalten eine Überhöhung der Störströme.
+Bei dominanter Gleichtaktstörung (Bild c) ist der Störstrom im Fahrzeug stets geringer als im Labor. Dies entspricht der höheren Gleichtaktimpedanz im realen Kabelbaum. \\
-\\
+Bei dominanter Gegentaktstörung hingegen führen Leitungsresonanzen zu deutlichen Überhöhungen der Störströme.\\
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 {{:professoren_webseiten:rebholz:kritische_leiterlaenge.jpg?direct&100 |}}
-Ob wir also bei der Fahrzeugmessung im Vergleich zur Labormessung Probleme bekommen können hängt somit von mehreren Parametern ab. Entscheidend ist ob die Resonanzstellen unserer Anschlussleitungen größer oder kleiner sind als die Impedanz der im Labor verwendeten Netznachbildungen. Geringere Impedanzwerte generieren meist höhere Störströme entlang der Leitungen. Ganz verallgemeinern lässt sich die Aussage leider nicht, da die Störquelle an den entsprechenden Frequenzpunkten in der Lage sein muss den Störstrom auch zu treiben (zur Verfügung zu stellen, abhängig vom frequenzabhängigen Innenwiderstand der Störquelle). Die Resonanzstellen einer Leitungsverbindung lassen sich mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der
+Ob Probleme im Fahrzeug auftreten, hängt somit stark von den Resonanzstellen der Leitungsverbindungen ab. Niedrige Impedanzen führen zu höheren Störströmen – vorausgesetzt, die Quelle kann diese treiben. Die Resonanzstellen lassen sich über die Leitungslänge und die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit (≈ 2/3 c₀) abschätzen.\\
-[[https://de.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A4t|Permittivität]] des Kabelmantels abschätzen. Ok, wer kennt schon die Dielektrizitätskonstante seiner eingesetzten Kabel welche meist auch noch frequenzabhängig ist ... verwenden Sie einfach für die Ausbreitungsgeschwindigkeit 2/3 der Lichtgeschwindigkeit! In die Berechnung der Resonanzstellen geht die Leiterlänge mit ein, womit wir durch Umstellen der Gleichung eine kritische Länge ermitteln können ab der Leitungsresonanzen auftreten können (Gleichung links). \\
 \\
-Nachfolgende Tabelle fasst die zuvor hergeleiteten Erkenntnisse noch einmal zusammen.
+Die wesentlichen Erkenntnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:tabell_einfluss_kabelbaum_dmcm.jpg?direct&600 |}}
-In vielen Fällen sind die Emissionen im Fahrzeug kleiner als die ermittelten Werte im Labor. Dies liegt daran, dass oft längere Kabelbäume mit einer hohen Adernanzahl zum Einsatz kommen und dadurch die Resonanzpunkte nicht mehr ausgeprägt sind. Besonders die Resonanzen der Gleichtaktimpedanz werden innerhalb der Kabelbündels stark gedämpft. Damit verbleibt das Problem für diese Art Kabelbäume hauptsächlich dann, wenn die Gegentaktstörungen die Gleichtaktstörungen dominieren. In den vorhergehenden Kapiteln haben wir gesehen, dass in vielen Fällen jedoch die Gleichtaktemission dominant ist, womit sich das Problem noch weiter reduziert. Kritisch zu bewerten sind demnach generell kurze Leitungen (1-2m) welche nicht innerhalb eines Bündels laufen. Hier kann es zur Anhebung sowohl von  Gleich- als auch Gegentaktströmen kommen. \\
-Die Eingrenzung der Fälle spiegelt sich auch mit den Erfahrungen aus dem EMV-Labor: Die Problematik höherer Emissionen im Fahrzeug als in der Komponentenmessung kann vorkommen, allerdings nur in einer geringen Anzahl an untersuchten Systemen. Mit den hergeleiteten Ergebnissen sind wir in der Lage eine Aussage darüber zu Treffen ob unsere Komponente betroffen sein wird oder nicht.
+In vielen Fällen sind die Emissionen im Fahrzeug geringer als im Labor. Ursache sind längere Kabelbäume mit vielen Adern, wodurch Resonanzen gedämpft werden – insbesondere im Gleichtakt. Kritisch bleiben Fälle mit dominanter Gegentaktstörung sowie kurze, nicht gebündelte Leitungen (1–2 m).\\
+Diese Einschätzung deckt sich mit praktischen Erfahrungen aus dem EMV-Labor: Probleme im Fahrzeug treten auf, sind jedoch vergleichsweise selten. Mit den dargestellten Zusammenhängen lässt sich jedoch frühzeitig abschätzen, ob ein System kritisch sein könnte.