common_css
ものづくり動画CSS
emc_title
company_navi
stories-of-manufacturing_navi
emc_main
Stories of Manufacturing#05
Maßnahmen gegen
elektrisches RauschenVermeidung elektromagnischer Störungen
ROHMs EMV Laborraum
ROHMs Yokohama Technology Center am Bahnhof Shin-Yokohama fällt durch den großzügigen Einsatz von Glas auf. Im ersten Stock des Gebäudes befindet sich ROHMs moderner EMV Laborraum, der für die analoge IC-Entwicklung eingesetzt wird. Der Raum wird täglich von Ingenieuren, Entwickler und Kunden genutzt.
▲Yokohama Technology Center (Yokohama City, Präfektur Kanagawa)
▲Grundriss des EMV Laborraumes▶
EMV-Laborräume sind Einrichtungen zur Messung und Prüfung der Auswirkungen elektromagnetischer Störungen, die durch unzählige elektrische und elektronische Geräte, drahtlose Geräte und Informations- und Kommunikationssysteme verursacht werden.
Viele EMV-Laborräume sind von der Japan Quality Assurance Organization (JQA) akkreditierte und betriebene Einrichtungen. In Japan ist es nämlich eher selten, dass ein Halbleiterhersteller ein eigenes Prüflabor einrichtet und betreibt.
Dreieckige Funkwellenabsorber sind an den Wänden des 3-Meter hohen reflexionsarmen Raums angebracht, um eine möglichst vollständige Schallabsorption zu erreichen
Zunahme von Störaussendungen
Im Jahr 2009 hat ROHM seine zwei reflexionsarmen Räume in Betrieb genommen. Sie sind so konzipiert und gebaut, dass sie von externen elektromagnetischen Wellen unbeeinflusst sind und gleichzeitig verhindern, dass elektromagnetische Wellen nach außen dringen.
Osamu Ogawa ist als Group Leader in den Laborräumen tätig.
Circuit Technology Development Division.
LSI Business Unit Group Leader Osamu Ogawa Osamu
Ogawa
Osamu Ogawa begann als Chip-Entwicklungsingenieur bei ROHM, bevor er seine aktuelle Position antrat.
Sein Know-how aus dieser Zeit ist auch für seine jetztige Tätikeit sehr nützlich, er berät zu Messmethoden und Schaltungsdesigns.
Die Rauschprobleme überschatten die Entwicklungsarbeiten verschiedener Elektro- und Elektronikhersteller, da sie einen großen destabilisierenden Faktor darstellen.
Ogawa:
"In den meisten Fällen werden durch Rauschen verursachte Probleme festgestellt, wenn Musterprodukte beim Kunden bewertet werden, nachdem die Funktionsprüfung des IC selbst abgeschlossen ist.
Es gestaltet sich schwierig, die Ursache des Problems zu bestimmen, da wir keine Kenntnis darüber haben, welche anderen Bauteile verwendet werden bzw. wo sie plaziert sind.
Am IC kann zu diesem Zeitpunkt keine Korrektur mehr vorgenommen werden. Letztendlich muss man Gegenmaßnahmen neu designen."
Es ist erforderlich in einem frühen Stadium der Entwicklung hochpräzise Messungen vorzunehmen, um einen erhöhten Arbeitsaufwand und Termindruck zu vermeiden.
2 EMV-Maßnahmen und Messunterstützung
Ogawa:
"Das EMV-Design kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: Die erste besteht darin, dass ICs nicht durch Störungen aus anderen Quellen beeinträchtigt werden dürfen (Immunität=EMS), und die zweite besteht darin, dass IC-Schaltungen nicht zu einer Störquelle werden dürfen (Störaussendungen=EMI). An unserem EMV-Standort bieten wir eine breite Palette von Prüfdienstleistungen für beide Arten von Störaussendungen an, je nach Anfrage."
Störfestigkeit = EMS
Störaussendung = EMI
Die EMV muss beide Faktoren berücksichtigen
Rauschmessungen werden auch im reflexionsarmen Raum für Automotiveanwendungen durchgeführt, indem sowohl die Platzierung als auch der Montageabstand im Fahrzeug, einschließlich der Kabelbäume, reproduziert werden. Durch den Einsatz vielfältiger Methoden können wir hochpräzise Messergebnisse erzielen, die auch die Einbauumgebung berücksichtigen.
Reflexionsarmer Raum für Automotiveanwendungen
Verschiedene Fahrzeugnormprüfungen werden durchgeführt, indem Kabelbäume auf einem Tisch platziert werden, der die Karosserie eines Autos simuliert.
Ogawa:
"Wir tauschen uns mit den Entwicklern über die aktuelle Problematik aus und schlagen zunächst vor, welche Art von Messungen durchgeführt werden sollten. Auf der Grundlage der Messergebnisse besteht unsere Hauptaufgabe darin, mit den Entwicklern in beratender Funktion zu sprechen und Fragen zu stellen wie: "Warum gibt es diese Störaussendung?" und "Welche Möglichkeiten gibt es sie zu beheben?"
Chip-Entwickler und Ingenieure arbeiten in ROHMs EMV-Laborraum gemeinsam an einer Aufgabe und können somit die gewünschten Ergebnisse in kürzester Zeit erzielen.
Die Vermarktung des "Operationsverstärkers mit ultrahoher EMI-Störfestigkeit" entstand durch die enge Zusammenarbeit mit Design- und Entwicklungsingenieuren.
Rauscharme Operationsverstärker für Automobilanwendungen
Makimoto:
"Ich arbeite an einem Operationsverstärker, der schwache Signale von Sensoren verstärkt. Störstrahlung kann Schaltungen beeinflussen, was zum Auftreten von Fehlfunktionen, Fehleinschätzungen und schließlich zu schweren Unfällen führen kann.
Daher gab es in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage nach Operartionsverstärkern mit hoher Störfestigkeit in der Industrie."
Circuit Technology Development Division.
LSI Business Unit Engineer Hiroyuki Makimoto Hiroyuki
Makimoto
Hiroyuki Makimoto studierte Elektrotechnik und forschte im Bereich der IC-Fehlerdiagnose. Mit seinem Eintritt bei ROHM war er Teil des NFC-Projekts (Near Field Communication), das sich mit der Festlegung von Standards für die drahtlose Stromversorgung befasste.
In modernen Fahrzeugen werden Umgebungsveränderungen wie Temperatur, Druck und Helligkeit von einer Reihe von Steuergeräten mit Hilfe von Sensoren erfasst und gesteuert. Mit der Einführung des automatisierten Fahrens und der mobilen Kommunikation werden alle Arten von elektronischen Bauteilen miniaturisiert und integriert, wodurch die Funkwellen- und Rauschumgebung im Fahrzeuginneren hoch ist.
Es war eine große Herausfordrung für Hiroyuki Makimoto einen Operationsverstärker mit verbesserter Rauschimmunität zu entwickeln.
Makimoto:
"Es war schwierig, die Rauschimmunität zu verbessern. Anfangs dachte ich, es sei unmöglich. Aber Dank des Mitwirkens aller EMV-Experten haben wir diese Herausforderung angenommen."
Tests, die während der Entwicklung von Operationsverstärkern mit ultrahoher EMI-Immunität durchgeführt wurden.
Eine leistungsfähige Basis für Produkte, die mit allen Arten von Störungen umgehen können.
▶Zum Vergrößern anklicken
ROHMs Ingenieur Yoichi Kurokawa führte die Testreihe durch, und beschreibt die Zusammenarbeit mit dem Chip-Designer Hiroyuki Makimoto.
Kurokawa:
"Wir haben verschiedene Schaltungen als Prototypen im reflexionsarmen Raum wiederholt gemessen und überprüft.
Eine Schaltung, die wir zunächst ausgeschlossen hatten, wies letztendlich die beste Störfestigkeit auf."
Development Division V&V Engineering Dept.
EMC Grp. Engineer Yoichi Kurokawa Yoichi
Kurokawa
ROHM erlangt die iNARTE EMC-Zertifizierung durch die International Association for Radio, Telecommunications and Electromagnetics, einer gemeinnützigen Mitgliedschafts- und Zertifizierungsorganisation.
Enomoto:
"Der Zeitplan war günstig, sonst hätten wir die erneute Überprüfung der Schaltung nicht vorgenommen. Es ist unglaublich, dass es so gekommen ist!"
Dies war nur aufgrund einer eingehenden Überprüfung der Schaltung, des Layouts, der Bauteile, der Größe und anderer Faktoren möglich. Es waren glückliche Umstände für Hiroyuki Makimoto und dem Team des EMV-Laborraums.
Diese Schaltung führte zu den Operationsverstärkern der EMARMOUR™-Serie mit der branchenweit höchsten Störfestigkeitsklasse. Sie wird von vielen Kunden in ihrer Produktpalette aufgenommen.
Anzahl der erforderlichen Peripheriekomponenten und Arbeitsstunden werden reduziert, wodurch die Kosten gesenkt und die Lieferzeiten für die Entwicklung von Sets verkürzt werden
Verwandte Links
EMARMOUR™
: https://www.rohm.com/emarmour
Maßnahmen gegen elektrisches Rauschen
ROHMs Ingenieure stehen täglich vor der Herausforderung Störaussendungen zu beheben (EMI = Aussendung)
Im Fokus stehen DC/DC-Wandler-ICs für den Einsatz in Automobilanwendungen.
Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der Zunahme von Peripheriegeräten wie Kommunikationsgeräten und verschiedenen Sensoren gibt es ein breites Spektrum an Spannungswandlern in Fahrzeugen. Darüber hinaus ist eine höhere Leistung aufgrund einer verbesserten Umwandlungseffizienz und eines schnellen Ansprechverhaltens erforderlich, während die Miniaturisierung der Bauteile selbst zu einer großen Herausforderung geworden ist.
Neben der Produktentwicklung unter solch schwierigen Bedingungen ist das beim Schalten entstehende hochfrequente Rauschen ein wichtiges Sicherheitsproblem für die Konstrukteure.
Je höher die Schaltfrequenz, desto einfacher ist es, ein schnelleres Ansprechverhalten und eine kompaktere Bauteilgröße zu erreichen. Mit zunehmender Schaltgeschwindigkeit wird mehr Rauschen erzeugt. Dies ist zu einer wichtigen Aufgabe für Entwicklungsingenieure geworden.
Oshita:
"Vor allem bei Bauteilen für Automobilanwendungen werden ICs wegen ihrer geringen Größe geschätzt. Da die heutigen Fahrzeuge mit einer Vielzahl ultrakompakter ICs ausgestattet sind, steigt das Risiko von Fehlfunktionen aufgrund des von ihnen erzeugten elektronischen Rauschens stetig an."
Power Management LSI Division.
LSI Business Unit Engineer
Hiroto Oshita Hiroto
Oshita
Hiroto Oshita ist Entwicklungsingenieur bei ROHM, seine Kernaufgabe sind Stromversorgungs-ICs.
Die Auswirkungen von Störaussendungen in Fahrzeugen können von der Störung von Kommunikationsgeräten wie Radios und GPS über die Beeinträchtigung von Lautsprechern bei der Ausgabe von Gefahrenwarnungen bis hin zu Fehlfunktionen von Motoren reichen.
Vor einigen Jahren wurden wir mit der Nachfrage von Kunden konfrontiert, die ICs mit einer hohen Frequenz von 2 MHz zu betreiben, und mit der Einführung der neuen Automobilnorm CISPR25.
Oshita:
"Das Rauschverhalten, das wir bei der Schaltungsentwicklung und -simulation am PC erreicht hatten, funktionierte bei der Umsetzung im Auto nicht, so dass wir eine Reihe von Redesigns vornehmen mussten. Schließlich hängt noch viel von den Umgebungsbedingungen ab, etwa von der Platine und der Platzierung der Bauteile.
Etwa 20 verschiedene Testboards mit unterschiedlichen Bauteil-Anordnungen wurden im reflexionsarmen Raum gemessen. Basierend auf den Ergebnissen haben wir in vielen Durchläufen entsprechende Anpassungen vorgenommen."
EMI-Messungen an DC/DC-Wandlern
▶Störaussendungen ▶ Leitungsgebundene Störaussendung Spannung/Strom-Methode
Die Überprüfung aus verschiedenen Blickwinkeln ist erforderlich, um festzustellen, dass andere Fahrzeugsysteme nicht durch elektrisches Rauschen gestört werden.
Neben den Messungen und Analysen im reflexionsarmen Raum, findet auch eine gemeinsame Planung und Meinungsaustausch unter den EMV-Experten statt.
Zusätzlich zu ihrer Expertise über Störaussendungen haben diese Experten auch Fachwissen über die Eigenschaften der ICs und Branchentrends. Sie sind ein unverzichtbarer Bestandteil in der Entwicklung von Halbleitern.
Development Division V&V Engineering Dept.
EMC Grp. Senior Engineer Katsunori Kido Katsunori
Kido
Erwerb der iNARTE-EMC/EMC Design Engineer-Zertifizierung durch die International Association for Radio, Telecommunications and Electromagnetics, einer gemeinnützigen Mitgliedschafts- und Zertifizierungsorganisation.
Die Simulations-Entwicklung wird durch umfangreiches Know-how unterstützt
In den letzten Jahren sind die Erwartungen an die Entwicklungs-Simulation von Störaussendungen gestiegen.
Der vorherrschende Trend in der Fertigungsindustrie ist die Lösung verschiedener Probleme im frühen Entwicklungsprozess, um eine schnellere Produktentwicklung und Kostenreduzierung zu begünstigen.
Da viele Halbleiterhersteller eine Zukunft anstreben, in der die Rauschunterdrückung durch Simulation abgeschlossen wird, sieht ROHM einen Übergangsansatz mit partiellen und inkrementellen Schritten vor.
IC-EMV-Entwurf (von Ryosuke Inagaki, ROHM Co., Ltd.)
Geschrieben von Herrn Inagaki, Leitender Ingenieur, Circuit Technology Development Dept., LSI Business Div. und einer der Führungskräfte im Bereich der Rauschunterdrückung bei ROHM.
Die im Jahr 2018 veröffentlichte Abhandlung beinhaltet sehr viele simulationsbasierte Expertisen und ist für viele Entwickler eine "Bibel".
Ogawa:
"Ich glaube, dass sich die Simulationstechnologie im Gleichschritt mit der Entwicklung der KI und der Anwendung der Analysetechnologie immer mehr durchsetzen wird. Wir als Experten für Störaussendungen tragen eine große Verantwortung."
Die Anforderungen zur Vermeidung elektromagnetischer Störungen werden in Zukunft weiter steigen und sind eine der Schlüsseltechnologien für die Fertigung der nächsten Generation.
Wo steht ROHM in diesem Zusammenhang, und wie sieht die Zukunft aus?
Die Antwort sind ROHMs Maßnahmen gegen elektrisches Rauschen, unsere EMV-Experten nutzen das erworbene Wissen für die Produktentwicklung der nächsten Generation.
New_company modaal.js
Ogawa:
"Die Leistung der ICs hat sich in den letzten Jahren durch höhere Geschwindigkeiten und Frequenzen stetig verbessert. Dadurch nimmt auch die Rauschentwicklung weiter zu. Die gesamte Branche, von der Unterhaltungselektronik bis hin zu Fahrzeugherstellern, ist natürlich für dieses Problem sensibilisiert, und gleichzeitig sind die internationalen Normen zur Regulierung elektromagnetischer Strahlung immer strenger geworden.
Der wichtigste Grund für die Einrichtung eines eigenen Laborraums bei ROHM war vor allem die Geschwindigkeit der Produktentwicklung. Eine Einrichtung zu haben, die es uns ermöglicht, die Störaussendungen der entwickelten Produkte bereits in der Entwicklungsphase zu bewerten und zu beurteilen, steht in direktem Zusammenhang mit dem Vertrauen unserer Kunden."