Breitbandige Charakterisierung und Modellierung von EMV-Filtern im Automobilbereich

Abstract:
Elektromagentische Verträglichkeit (EMV) stellt heutzutage einen sehr wichtigen Aspekt bei der Entwicklung von KFZ-Steuergeräten (ECUs) dar. Störsignale können dabei zum einen von außen über den Kabelbaum einkoppeln und Fehlerverhalten bzw. Ausfälle hervorrufen. Zum anderen werden durch interne Steuer und Taktsignale Störsignale auf dem Kabelbaum erzeugt und in die Umgebung abgestrahlt. Um derartige Störsignale auf dem Kabelbaum zu minimieren, werden passive Tiefpassfilter eingesetzt, die bis in den GHz-Bereich dämpfen sollen. Die Wirkung dieser Filter wird manchmal erst bei der EMV-Normprüfung mit dem Einhalten der zulässigen Grenzwerte sichergestellt. Ziel dieses Artikels ist es deshalb, die Filterwirkung bereits während der Entwicklungsphase zu messen und auch durch Simulation unter Berücksichtigung der Einbauumgebung vorhersagen zu können. Als einfaches Testobjekt wird in Abschnitt 2 ein LC-Filter behandelt, welcher aus diskreten SMD-Bauelementen aufgebaut ist. Die Messung dieses Filters geschieht mit einem Netzwerkanalysator (NWA) in Abschnitt 3, wobei realistische Quell/Lastimpedanzen durch Nachbearbeitung der Messergebnisse miteinbezogen werden können. Zeigt sich im unteren Frequenzbereich die Messung der Bauelemente in Hinblick auf die Filtermodellierung als ausreichend, so spielen Leiterbahneinflüsse und parasitäre Kopplungen im oberen Frequenzbereich eine große Rolle und können nicht vernachlässigt werden. In Abschnitt 4 wird deswegen genau auf die Modellierung eingegangen. Zum einen werden Kettenmatrizen und Streifenleitungsmodelle verwendet und die Bauteile aus Impedanzmessungen nachgebildet. Zum anderen wird ein Feldsimulationsprogramm mit Makromodellen der Bauelemente verwendet. Beide Simulationsverfahren werden mit Messungen verglichen und es werden Möglichkeiten zur Optimierung der Filterwirkung gezeigt.