Schaltungsentwurf

Schaltplan zeichnen bedeutet EMV planen

Einen Schaltplan EMV-gerecht zu zeichnen gleicht beinahe der Quadratur des Kreises.

 

Auf der einen Seite muss er übersichtlich sein, auf der anderen Seite soll er alle wichtigen Informationen enthalten. Ein wesentlicher Aspekt für die Lesbarkeit ist die Verwendung von speziellen Symbolen für Masse, Ground, oder die verschiedenen Spannungslevel. Hierin liegt für die EMV aber direkt ein wesentliches Problem. Wird doch durch ein einheitliches Zeichen suggeriert, dass an allen diesen Stellen das gleiche Spannungsniveau anliegt. Das gilt aber nur für den DC-Fall.

 

Jedes Stück Kupfer (oder sonstiges Leitermaterial) - egal ob Leiterbahn, Kabel oder Gehäuse - hat mit steigender Frequenz eine zunehmende Impedanz. Das bedeutet zwischen 2 scheinbar spannungsgleichen Punkten kann ein erheblicher Unterschied des HF-Spannungsniveaus vorherrschen. Dies führt zu Ausgleichströmen und/oder Spannungsabfällen, die wiederum Ursache von Emissionen sein können. Koppeln HF-Störungen von außen ein, fällt über diese Strecken eine Spannung ab, die Ursache für Störfestigkeitsprobleme sein kann.

Masse aufteilen? Nur im Ausnahmefall!

Oft wird versucht dem vor zu beugen, in dem z.B. statt einem Massesymbol mehrere verschiedene verwendet werden. Dies folgt der Idee dass im Layout oder Kabelbaum damit "zusammengehörende" Signale eng beieinander ausgeführt werden und gleichzeitig Verkopplungen verhindert werden sollen. Die verschiedenen Schaltungsteile müssen aber miteinander kommunizieren. In Folge werden Signalleitungen über die Massespalte geroutet. Die Rückströme sind nun gezwungen Umwege zu nehmen (Schleifen entstehen) und/oder werden durch unnötige Engstellen gezwängt (erhöhte galvanische Verkopplung). Deshalb: Routen Sie niemals Signalleitungen über Massespalten. All dies bewirkt das Gegenteil von dem was beabsichtigt war.

 

In ganz speziellen Einzelfällen kann es sinnvoll sein dennoch eine Massetrennung vorzunehmen. Dann müssen aber alle Effekte - vor allem die meist nicht einfach zu erkennenden parasitären - durchdacht und verstanden sein. Insbesondere muss das Routing ALLER Signalleitungen darauf abgestimmt sein.

EMV-Hinweise als Bestandteil jedes Schaltplans

Die skizzierten und weitere sich widersprechende Anforderungen an den Schaltplan sind i.d.R. mit der klassischen schematischen Zeichnung eines Stromlaufplans nicht darstellbar.

Die EMV-Anforderungen müssen beispielsweise als Klartext ergänzt werden. Ob dies direkt in den Schaltplan geschrieben werden sollte oder in einem separaten Dokument formuliert wird, hängt vor allem von der Komplexität der Schaltung ab.

Zonen- und Versorgungskonzept

Eine Lösung für die beschriebenen Probleme kann die Definition eines Zonenkonzepts sein.

Eine zentrale Rolle nimmt auch das auf die jeweilige Anforderungen abgestimmte Versorgungskonzept ein.

Welche Signale sind parallel zu führen, welche sollten sich möglichst nicht begegnen? Wie kann eine gezielte Entkopplung erfolgen?

Bei mehrlagigen Leiterplatten ist gezielt zu planen welche Signale in welchen Ebenen verlaufen sollen.

 

All dies und einiges mehr sollte in den EMV-Hinweisen beschrieben werden.

Mehr hierzu lesen Sie im Kapitel EMV-gerechtes Layout.

 

Sehr wichtig ist in dieser Phase auch eine enge Verzahnung mit Mechanik und Software.