HZ540/HZ550 Near-Field Probe Set Benutzerhandbuch User Manual *5800508202* Version 01 Benutzerhandbuch / User Manual Test & Measurement 5800508202
A l l g e m e i n e H i n w e i s e z u r C E - K e n n z e i c h n u n g Allgemeine Hinweise zur CEKennzeichnung KONFORMITÄTSERKLÄRUNG Hersteller: HAMEG Instruments GmbH Industriestraße 6 D-63533 Mainhausen Die HAMEG Instruments GmbH bescheinigt die Konformität für das Produkt Bezeichnung: Nahfeldsonde Typ: mit: Optionen: HZ540 / HZ550 – – mit den folgenden Bestimmungen: EMV Richtlinie 89/336/EWG ergänzt durch 91/263/EWG, 92/31/EWG Niederspannungsrichtlinie 73/23/EWG ergänzt durch 93/6
A l l g e m e i n e H i n w e i s e Für eine korrekte Masseverbindung muss Sorge getragen werden. Bei Signalgeneratoren müssen doppelt abgeschirmte Koaxialkabel (RG223/U, RG214/U) verwendet werden. 3. Auswirkungen auf die Geräte Beim Vorliegen starker hochfrequenter elektrischer oder magnetischer Felder kann es trotz sorgfältigen Messaufbaues über die angeschlossenen Kabel und Leitungen zu Einspeisung unerwünschter Signalanteile in das Gerät kommen.
H Z 5 4 0 / H Z 5 5 0 4 Änderungen vorbehalten
T e c h n i s c h e D a t e n E-Feld-Sonde (typischer Frequenzverlauf) HZ551 E-Feld-Sonde Frequenzbereich: Richtwirkung: <1 MHz bis ca. 3 GHz Omnidirektional Empfindlich für elektrische Felder Ausgangsimpedanz: 50 Ω; SMA-Anschluss Spannungsversorgung: 6 V / 80 mA SCALE = 10dB/DIV. SPAN: 3 GHz HZ552 H-Feld-Sonde <30 MHz bis ca.
W i c h t i g e H i n w e i s e Wichtige Hinweise Sofort nach dem Auspacken sollten die Sonden auf mechanische Beschädigungen und lose Teile im Innern überprüft werden. Falls ein Transportschaden vorliegt, ist sofort der Lieferant zu informieren. Die Sonden dürfen dann nicht in Betrieb gesetzt werden. Sicherheit Die Sonden haben das Werk in sicherheits technisch einwandfreiem Zustand verlassen. Sie entsprechen damit auch den Bestimmungen der europäischen Norm EN 61010-1 bzw.
I n b e t r i e b n a h m e Inbetriebnahme elektrischer Kontakt für die Messung im Rahmen der vorgegebenen Grenzwerte vorgesehen. Sicherheitshinweis! Die Spannungsversorgung der Sonden erfolgt direkt aus den HAMEG Spektrumanalysatoren. Wird ein anderer Spektrumanalysator, ein Oszilloskop oder ein Messempfänger für die Messungen verwendet, so erfolgt die Versorgung durch ein optional lieferbares Netzteil.
A l l g e m e i n e s Allgemeines Entwickler und Hersteller von elektrischen und elektronischen Geräten sind verpflichtet, die Verträglichkeit der eigenen Geräte im Sinne der EMV-Richtlinie sicherzustellen. Die Erkenntnis, Störsicherheit lässt sich nicht durch nachträgliche Prüfung erzielen, sondern muss über alle Stufen einer Entwicklung erarbeitet werden, steht außer Frage. Dabei muss EMV nicht teuer sein.
A l l g e m e i n e s oder in elektrischem Kontakt mit Bauteileanschlüssen gemessen. Dies ermöglicht die exakt Eingrenzung der Störquelle bis hinunter zur Anschlussebene und erlaubt somit die gezielte Beurteilung getroffener EMV-Maßnahmen. Die Hochimpedanz-Sonden weist eine Eingangskapazität <2pF bei einer Impedanz ca. 250 kΩ auf und belastet somit den Prüfling nur in sehr geringem Maße. Der Abschwächungsfaktor der Sonde liegt in der Größenordnung von ca. 10 dB bis 30 dB.
E M V - P r o b l e m e i n d e r P r a x i s EMV-Probleme in der Praxis Dem Elektronik-Entwickler sind mittlerweile zahlreiche Maßnahmen zur Verbesserung der EMV von Leiterplatten bekannt. Wie viel diese Maßnahmen jeweils im Einzelfall wert sind, erkennt man oft erst bei der Abstrahlungsmessung in der GHz-TEM-Zelle. Diese Tatsache führt aber dazu, dass die Einzelmaßnahme selten geprüft wird, weil der Aufwand an Zeit und Kosten viel zu groß wäre.
E M V - P r o b l e m e i n d e r P r a x i s tischen Feldes ab und ist damit proportional zur Stromänderung in der Fläche an dieser Stelle. Der zeitliche Ablauf ist recht schnell. Die Flankenzeit liegt im SubnanosekundenBereich. Dies hat seine Ursache darin, dass hochfrequente Stromkomponenten vor alIem in der unmittelbaren Nähe des Vcc -Pins fließen, denn sie können nur aus der Ladung der Vcc -Fläche selbst entnommen werden.
E M V - P r o b l e m e i n d e r P r a x i s Signal am Ausgang eines Takttreibers Dies bedeutet, dass der Vcc-Pin über eine Breitbanddrossel an die Vcc-Fläche angeschlossen ist, und außerdem ist diese Fläche aus Gründen der Dämpfung carbonisiert. Man erkennt, dass die Amplitude des Signals in Bild 4 wesentlich kleiner als die in Bild 3 ist. Die Wirksamkeit der Maßnahme ist bereits bei Anwendung der Sonden deutlich erkennbar, ohne dass ein größerer Aufwand an Messtechnik erforderlich wäre.
P r a x i s o r i e n t i e r t e A u s w a h l v o n S i g n a l l e i t u n g s f i l t e r n Praxisorientierte Auswahl von Signalleitungsfiltern Die durch die ständig steigende Arbeitsgeschwindigkeit moderner Digitallogik überproportional wachsenden EMV-Probleme werden seit dem 01.01.1996 allen Anbietern elektrischer und elektronischer Produkte drastisch vor Augen geführt.
P r a x i s o r i e n t i e r t e A u s w a h l v o n S i g n a l l e i t u n g s f i l t e r n sungen sind mit der existierenden Ausrüstung meist nicht möglich, erforderliche Oszilloskope aber sehr teuer. schaltungen eine Hochimpedanz-Sonde, die das Messobjekt nicht nennenswert belastet und das Signal breitbandig auf 50Ω umsetzt.
P r a x i s o r i e n t i e r t e A u s w a h l v o n S i g n a l l e i t u n g s f i l t e r n Bild 4 1000 MHz ab. Tatsächlich reicht es noch darüber hinaus, aber die Spektren in den vorliegenden Bildern sind alle bis 1000 MHz skaliert, um einen besseren Vergleich zu ermöglichen. Im Zeitbereich zeigen sich relativ starke Über- und Unterschwinger sowie steile Flanken. Das Signal ist in Bezug auf die EMV als sehr ungünstig einzustufen.
P r a x i s o r i e n t i e r t e A u s w a h l v o n S i g n a l l e i t u n g s f i l t e r n Bild 6 im Vergleich zu Bild 2 kaum eine Veränderung erkennbar. Der Frequenzbereich zeigt aber besonders im mittleren und oberen Abschnitt eine deutliche Verbesserung. Besonders bei der Verwendung eines langsameren Oszilloskops würde die Veränderung im Zeitbereich überhaupt nicht mehr wahrnehmbar sein.
M e s s u n g d e r S c h i r m d ä m p f u n g v o n A b s c h i r m g e h ä u s e n achte: Hier würde eine ausschließliche Betrachtung des Zeitbereichs leicht zu völlig falschen Schlüssen führen: Eine teure Maßnahme, welche die digitale Funktion bereits erheblich belastet, mit enttäuschendem Ergebnis auf der Seite der EMV. Bild 7 Schlussendlich soll einer der modernen SMDChip-Filter, die aus zwei Ferritperlen und einem Durchführungskondensator bestehen, betrachtet werden.
M e s s u n g d e r S c h i r m d ä m p f u n g v o n A b s c h i r m g e h ä u s e n die zugehörigen Linien nirgendwo fehlen. Auch in sehr ländlichen Bereichen darf heute auch nirgendwo das D-Netz in der Aufnahme fehlen: Es würde zeigen, dass die Sonde eine zu niedrige Grenzfrequenz hat. Hintergrund-Spektrum Das Maximum der Störstrahlung liegt im Bereich von 250 bis 350 MHz. Die stärkste Linie ist mit dem Marker gekennzeichnet, der relative Pegel liegt bei –42.8 dBm.
M e s s u n g d e r S c h i r m d ä m p f u n g v o n A b s c h i r m g e h ä u s e n Änderungen vorbehalten 19
G e n e r a l i n f o r m a t i o n r e g a r d i n g t h e C E m a r k i n g General information regarding the CE marking HAMEG instruments fulfill the regulations of the EMC directive. The conformity test made by HAMEG is based on the actual generic and product standards. In cases where different limit values are applicable, HAMEG applies the strictest standard. For emission the limits for residential, commercial and light industry are applied.
C o n t e n t This will not cause damage or put the instrument out of operation. Small deviations of the measuring value (reading) exceeding the instrument‘s specifications may result from such conditions in some cases.
H Z 5 4 0 / H Z 5 5 0 Nearfield probe set HZ540/HZ550 Locating radiated emission sources Localisation of EMI sensitive devices Checks on shielding effectiveness Nearfield probe set HM530 Diagnosis of radiated signals Identification of radiating components Nearfield probe set HM540 22 Subject to change without notice
S p e c i f i c t i o n s SPECIFICATIONS E-Field-Probe Frequency response (typical) SPAN: 3 GHz Output impedance: Power supply: 1 MHz to approx. 3 GHz Omnidirectional Sensitive to electrical fields 50 Ω; SMA-connector 6 V / 80 mA HZ552 Magnetic Field Probe Frequency range: Directional sensitivity: Output impedance: Power supply: <30 MHz to approx.
I m p o r t a n t h i n t s Important hints Users are advised to read through these instructions so that all functions are understood. Immediately after unpacking, the instrument should be checked for mechanical damage and loose parts in the interior. If there is transport damage, the supplier must be informed immediately. The probes must then not be put into operation perature may be –20 °C ... +70 °C. The maximum relative humidity is up to 80%.
I n t r o d u c t i o n Introduction Probe power is supplied directly from HAMEG Spectrum Analyzers. In case of different instruments are used, probe power is supplied from an optional 6 V DC power supply. The connection of the probe to the spectrum analyzer, oscilloscope or measurement receiver is made via a supplied SMA- to N-connector cable of approximately 1.2 meters length. This length is generally sufficient for most measurements.
G e n e r a l i n f o r m a t i o n s General informations Electromagnetic compatibility continues to be an important issue. The main goal is to make circuitry „quieter“ and more sustainable to meet tough EMC regulations. Even with the best PCB layout techniques and the most substantial decoupling, at the speeds of today’s designs, radiation from boards and the consequent noise impinging on PCBs is becoming a growing problem that will not go away.
G e n e r a l i n f o r m a t i o n s High Impedance Probe HZ553 The high impedance probe is used to measure directly on the component under test or e.g. at the conductive trace of a PC board. This allows the precise determination of the emission source. It features a low input capacitance of only 2pF (0.3 pF at the HZ545 Low Capacitance Probe) and supplies only a very small electrical charge to the device under test. The attenuation of the probe is in the range of 10:1 to 30:1.
P r a c t i c a l E M I p r o b l e m s The majority of such probes suffer from a disadvantage: their spatial resolution is very limited. It is hence difficult to locate the source of the measured signal. Therefore, when shopping for a probe, it is advisable to look especially for a probe with high resolution of the magnetic field.
P r a c t i c a l E M I p r o b l e m s Signal at clock generator output The last example shows the signal taken from a clock distribution point on a“Europe” size EC board. The signal is taken directly from the output of the clock generator. Picture 5 shows the signal without any EMI damping measures, a very large amplitude signal of 60mV is measured. Picture 3: Signal directly close to the Vccpin of a74AC00.
P r a c t i c a l S e l e c t i o n o f S i g n a l - L i n e F i l t e r s Practical Selection of Signal-Line Filters The steadily increasing operating speed of modern digital logic causes significantly greater concerns with EMC problems. This has become more noticed by all manufacturers of electrical and electronic devices since 1 January l996, the effective compliance date for the European Union EMC Directive.
P r a c t i c a l S e l e c t i o n o f S i g n a l - L i n e F i l t e r s sure directly in digital circuits because of this impedance which will influence the circuit behavior. As a minimum the measurement results are false. Consequently, for the measurement in digital circuits a high impedance probe is required which does not load the circuit and convert the signal to a 50 Ohms system over a wide frequency range.
P r a c t i c a l S e l e c t i o n o f S i g n a l - L i n e F i l t e r s Figure 2 shows the results when a 47Ohms resistor is used. In the time domain a significant improvement occurs. The overshoot is reduced and the risetimes are somewhat slower. The linear dynamic range of an oscilloscope can not demonstrate adequately the EMC characteristics of the signal. The frequency spectrum shows only a slight decrease of the upper frequencies.
P r a c t i c a l S e l e c t i o n o f S i g n a l - L i n e F i l t e r s Figure 6 generally poor ground connection of a three-pole capacitor which is relatively high in inductance compared to a R-C-R combination in surface mount technology (SMT). Some offered three-pole capacitors are poor high frequency filters. Another example is a wideband choke used as a signal line filter. Figure 6 shows the results. The frequency spectrum is poorly suppressed, but the risetimes are significantly slowed down.
M e a s u r e m e n t o f S h i e l d i n g A t t e n u a t i o n o f S h i e l d e d H o u s i n g s Measurement of the Shielding Attenuation of shielded housings with the E-Field Probe What are the results if I surround the entire equipment in a shielded housing? This question will be asked if I fail the CE-Mark EMC test. Unfortunately, this question can not be answered in general because a metallic housing is not always a good shield.
M e a s u r e m e n t o f S h i e l d i n g A t t e n u a t i o n o f S h i e l d e d H o u s i n g s Next, the same measurement is performed with the additional shielding around the EUT. Again the EUT must be rotated in azimuth until the maximum RFI is observed. The direction may be different than in the non-shielded equipment. EUT RFI Characteristics with Additional Shielding Figure 10 Figure 10 shows the data with the additional shield.
C o m m o n l y a s k e d Q u e s t i o n s Commonly asked questions about pre-compliance emissions testing The EMC Directive has prompted a large selection in the choice of EMC test instruments. In particular, a new class of low-cost pre-compliance instruments has opened an debate on the merits of this new class of instruments compared with established high-cost EMC compliance test equipment. In this situation it’s not surprising that a high degree of confusion prevails.
C o m m o n l y a s k e d Q u e s t i o n s How will the level of ambient signals affect my radiated emissions measurements and will using fully compliant measuring equipment help? The level of ambient signals that exist in your laboratory or at a particular “open area test site” directly affects your ability to make radiated emissions measurements. In some industrial environments, the existing ambient may make obtaining radiated emissions measurements very difficult.
C o m m o n l y a s k e d Q u e s t i o n s Does a spectrum analyzer’s response to pulsed interference influence the measurement result? CISPR 16 contains a curve that defines how quasipeak detectors respond to a pulsed signal. The curve is based upon the signal’s pulse repetition frequency (PRF). For a 30MHz to 1000MHz radiated emissions measurement, the measured value of the input signal can potentially be reduced by a figure up to about 40dB. This number is also known as the overload factor.
C o m m o n l y a s k e d Q u e s t i o n s Subject to change without notice 39
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