Differenzielle Signalübertragung ist aus EMV-technischer Sicht eine gute Wahl

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Bei Gegentakt-Störungen klar im Vorteil

In puncto Gleichtaktstörungen gelten differenzielle Paare ebenfalls als vorteilhaft. Allerdings ist dieser Vorteil ein rein funktionaler, da er in der Fähigkeit besteht, in beide SE-Leitungen eingekoppelte Störungen dank der differenziellen Auswertung zu unterdrücken. Wie aber verhält es sich mit der EMV?

Wird in ein differenzielles Paar eine Störung eingekoppelt, taucht diese üblicherweise auf beiden Signalpfaden gleichermaßen auf (dies ist auch die Voraussetzung für die erfolgreiche Unterdrückung am Receiver), es breitet sich auf den beiden Signalleitern eine CM-Störung aus. Die Leitung, in der sich diese Störung ausbreitet besteht nun aus den Signalleitern D+ und D- einerseits, und z.B. GND andererseits.

Läuft eine solche Störung in Richtung Treiber, wird sie dort irgendeine Form von Terminierung in Form der Treiber-Impedanz (inkl. einer möglicherweise vorhandenen Source-Terminierung) vorfinden. Breitet sich diese Welle jedoch in Richtung (differenzielle) Terminierung aus, wird sie dort im Wesentlichen reflektiert, da der Treibereingang (bezogen auf GND) in erster Näherung hochohmig ist.

Zur Erinnerung: Die beiden SE-Terminierungen (jeweils R=Z0 gegen GND) wurden zu einer differenziellen Terminierung mit R=2*Z0 zusammengefasst; dabei ging aber die Fähigkeit CM-Anteile zu terminieren verloren. Die Terminierung von CM-Störungen ist bei differenziellen Paaren also eher mäßig. Die wichtigsten Punkte der bisherigen Betrachtung lauten:

• Ein differenzielles Paar besteht aus zwei SE-Leitungen

• Die Rückleiter (GND) der SE-Leitungen sind zwingend erforderlich

• Bei einem perfekt symmetrischen differenziellen Signal können die beiden SE-Terminierungen durch eine differenzielle Terminierung ersetzt werden

• Die Gegentakt-Emission gut ausgelegter differenzieller Paare ist erheblich geringer als bei vergleichbaren SE-Leitungen

• Da die differenzielle Terminierung keinen GND-Bezug hat, kann sie Gleichtaktstörungen nicht aufnehmen

Nachdem nun zumindest die theoretische Funktionsweise solcher Paare untersucht wurde, sollte noch geklärt werden, was es mit den „Strompfeilen“ aus Bild 1 auf sich hat: Angesichts der unpräzisen Darstellung kann hier nur gemutmaßt werden, dass es sich dabei um den „Gleichstrom-Fall“ handeln soll.

Wenn der dynamische Vorgang (Pegelwechsel) beendet ist (eingeschwungener Zustand), fließt nur noch ein Gleichstrom von VDD über den Transistor Q2, den Signalleiter D+, die differenzielle Terminierung RTERM, den Signalleiter D- und den Transistor Q3 zurück zur Quelle. Angesichts der kurzen Pulsdauer in schnellen Digitalsystemen darf mit Recht bezweifelt werden, dass ein „echter“ eingeschwungener Zustand überhaupt erreicht wird. Für die Bewertung der dynamischen Vorgänge, die für Signalintegrität und EMV relevant sind, wäre seine Betrachtung ohnehin eher uninteressant.

Der zweite Teil dieses Beitrags (in Ausgabe 5/2012) befasst sich u.a. mit den Auswirkungen der CM-Anteile auf die EMV, den verschiedenen Ursachen der CM-Anregung und geeigneten Gegenmaßnahmen.

Termine der Seminarreihe EMV-Praxis 2012

Die EMV von Leiterplatten, Geräten und Systemen sicherstellen ist das Thema der Seminarreihe EMV-Praxis 2012. Referenten sind der Autor dieses Beitrages Nils Dirks sowie Prof. Christian Dirks, Prof. Klaus Scheibe und Gerhard Eigelsreiter. Hier die Veranstaltungsorte und Seminartermine:

München: Mo. 30.01.2012 EMV von Leiterplatten I, Di. 31.01.2012 EMV von Leiterplatten II, Mi. 01.02.2012 EMV von Leiterplatten III, Do. 02.02.2012 EMV von Leiterplatten IV und Fr. 03.02.2012 EMV von Geräten & Systemen.

Bad Homburg: Mo. 26.03.2012 EMV von Leiterplatten I, Di. 27.03.2012 EMV von Leiterplatten II, Mi. 28.03.2012 EMV von Leiterplatten III, Do. 29.03.2012 EMV von Leiterplatten IV und Fr. 30.03.2012 EMV von Geräten & Systemen.

Hannover: Mo. 16.04.2012 EMV von Leiterplatten I, Di. 17.04.2012 EMV von Leiterplatten II, Mi. 18.04.2012 EMV von Leiterplatten III, Do. 19.04.2012 EMV von Leiterplatten IV, Fr. 20.04.2012 EMV von Geräten & Systemen und Fr. 20.04.2012 EMV für Layouter.

Konstanz: Mo. 07.05.2012 EMV von Leiterplatten I, Di. 08.05.2012 EMV von Leiterplatten II, Mi. 09.05.2012 EMV von Leiterplatten III, Do. 10.05.2012 EMV von Geräten & Systemen, Fr. 11.05.2012 EMV von Leiterplatten IV und Fr. 11.05.2012 EMV für Layouter.

Graz: Mo. 11.06.2012 EMV von Leiterplatten I, Di. 12.06.2012 EMV von Leiterplatten II, Mi. 13.06.2012 EMV von Leiterplatten III, Do. 14.06.2012 EMV von Leiterplatten IV und Fr. 15.06.2012 EMV von Geräten & Systemen.

Weiter Informationen und die Anmeldung finden Sie hier: www.emv-praxis.de

Quellen zum Artikel 'Differenzielle Signalübertragung'

1) „Signal Integrity Simplified“, Dr. Eric Bogatin, Prentice Hall, 2004

2) „Handbuch HFSS V.13“, Ansys / Ansoft,

3) „Reduce EMI with differential signals“, Dr. Howard Johnson, EDN Magazine, 12.12.2002

**)„Probleme durch Schnitte in Masseflächen“, Prof. Chr. Dirks, Nils Dirks, Elektronik 1/2007

* * Nils Dirks ist Inhaber der Dirks Compliance Consulting in Herrsching.

(ID:31076540)