Reduzierung von Störemissionen bei Feldbussystemen.
Wettbewerbsfähigkeit und Qualität zeichnen sich nicht zuletzt durch die Weiterentwicklung von Unternehmenskompetenzen aus. Auch aus Erfahrungen zu lernen und somit Prozesse zu optimieren, spielen dabei eine große Rolle.
Für die Zertifizierung einer Baugruppe mit PROFIBUS - Anschluss ist eine Konformitätserklärung erforderlich. Diese beinhaltet eine Reihe von Normen, wie elektrische Sicherheitsvorschriften (IEC 61010 oder IEC 61131-2) und EMV- Vorschriften (IEC 61000-6-2 oder IEC 61326), denen ein Gerät entspricht oder entsprechen muss.
Einen Problempunkt stellt immer wieder die von Baugruppen ausgehende Störemission dar - insbesondere dann, wenn viele und lange Anschlussleitungen die Störabstrahlung begünstigen. In dem vorliegenden Fall verursachte eine Baugruppe mit 3 PROFIBUS-Ports auf RS485-Basis eine deutlich zu hohe Störemission (Abbildung 1). Durch vergleichende Messungen konnte nachgewiesen werden, dass der Störpegel unmittelbar an die Bitrate gekoppelt und bei 12Mbit/s am höchsten ist.
Abbildung 1: Erstes Messergebnis im EMV-Labor ohne Filtererung
x-Achse: Frequenz in MHz von 30MHz bis 1000MHz in logarithmischer Skalierung
y-Achse: Emission in dBµV/m in linearer Skalierung von 0dBµV/m bis 70 dBµV/m
Als RS485-Transceiver kam der Typ ADM2485 zum Einsatz, der neben dem eigentlichen Transceiver auch eine galvanische Trennung und die Ansteuerung für einen Transformator zur Erzeugung der galvanisch getrennten Hilfsenergieversorgung enthält (Abbildung 2).
Diese Lösung stellt eine platz- und kostengünstige Alternative zu den sonst üblichen DC/DC-Wandlern und schnellen Optokopplern dar.
Die Grenzwerte der Klasse A (Industriebereich) wurden hier deutlich überschritten. Im Bereich von 60MHz bis 80MHz summieren sich auch die breitbandigen Störungen der Stromversorgungen hinzu und erhöhen den Störpegel der Emission auf über 55dbµV/m.
Abbildung 2: Prinzipbeschaltung des ADM2485
Auf Grund des Zusammenhangs zur Bitrate wurden die Signale auf den Datenleitungen A und B mit Hilfe eines Oszilloskops (Bandbreite 300MHz; 2,5GSample/sec) untersucht. Die Ergebnisse zeigen die Abbildungen 3 bis 5. Kanal 1 misst die Datenleitung A, Kanal 2 die invertierte Datenleitung B. Die Kalibrierung der Messleitungen wurde zuvor überprüft. Es ist zu erkennen, dass die Signalflanken nicht deckungsgleich sind, sondern teilweise einen Versatz von ca. 2ns aufweisen. Dies hat zur Folge, dass das Summensignal nicht Null ist, vielmehr entstehen Nadelimpulse mit einer Amplitude von ca. 3V, die dann über die Datenkabel breitbandig abgestrahlt werden. Hier hilft auch die Abschirmung nicht mehr viel, da die Störungen bereits nach kurzer Entfernung erfolgreich auf den Schirm überkoppeln.
Abbildung 3: Verlauf beider Differenzsignale - ohne Kabel und Abschlusswiderstand
Abbildung 4: Verlauf beider Differenzsignale - mit Kabel und Abschlusswiderstand
Abbildung 5: Verlauf beider Differenzsignale - mit Kabel, ohne Abschlusswiderstand
Der Profibusanschluss befindet sich bei dieser Messung im Leerlauf. Kabel und Abschlusswiderstand waren nicht angeschlossen. Um die Differenzsignale vergleichen zu können, ist, wie oben beschrieben, der 2. Kanal des Oszilloskops (blauer Signalverlauf) invertiert dargestellt.
Bei dieser Messung befand sich am Profibusanschluss ein Kabel mit Abschlusswiderstand.
Der Signalverlauf lässt darauf schließen, dass sich die Unsymmetrie bei diesem Aufbau erhöht hat.
In Abbildung 5 wurde der Abschlusswiderstand entfernt und nur das Datenkabel angeschlossen. Die Unsymmetrien sind weiterhin vorhanden.
Die Gründe für Unsymmetrien können vielfältig sein. So beeinflussen unsymmetrische Belastungen der Signalleitungen oder unsymmetrische Ausgangsleistungen der Treiberstufe die Amplitude und Flankensteilheit der Signale. Da diese Einflüsse von der Installation und den Exemplarstreuungen der Chips abhängen, musste eine generelle Lösung gefunden werden.
