E2 set: TS 23 Entwicklungssystem für Störfestigkeit

Das E2 set ist ein umfassendes System von EMV-Werkzeugen für Pre-Compliance-Störfestigkeitsprüfungen. Es wird im zweiten Quartal 2026 erstmals auf den Markt gebracht und unterstützt die Fehlersuche sowie die Schwachstellenanalyse elektronischer Systeme auf allen Integrationsebenen – von der Baugruppe bis zum Gesamtsystem.

Mit dem TS 23 Entwicklungssystem für Störfestigkeit lassen sich Fehlermuster, die durch elektrostatische Entladungen (ESD) nach IEC 61000-4-2 verursacht werden, unter kontrollierten Bedingungen reproduzieren. Dadurch können Schwachstellen frühzeitig im Entwicklungsprozess identifiziert und geeignete Gegenmaßnahmen vor der formalen Konformitätsprüfung umgesetzt werden.

Technische Parameter

• Anstiegszeit 1,5 ns
• Pulsspannung einstellbar von 0,01 kV – 2,2 kV
• Polarität einstellbar +/-
• Pulswiederholrate einstellbar von 1 Hz – 1,5 kHz
• Betriebsmodi: Kontinuierlich, Rampe, Pulsgruppen, extern getriggert
• Versorgungsspannung 24 V / 1A DC
• Abmessungen 76 x 157 x 208 mm

Lieferumfang

• Pulsegenerator: TS 23, 1 Stück
• Grundplatte: GP 10, 1 Stück
• Magnetfußadapter: MA 33, 2 Stück
• Differenzialeinspeiser: DE2; DE6, 6 Stück
• Diff-to-single-ended Adapter: DEA, 1 Stück
• Magnetfeldquellen: BS 02H; BS 03-d; BS 04DB-d; BS 04DB-h2; BS 05DU-h2, 5 Stück
• E-Feldquellen: ES 01; ES 02; ES 05D-h; ES 08D-h; ES 10D-h, 5 Stück
• Magnetfeldsonde: MS 101, 1 Stück
• Optischer Sensor: S21, 1 Stück
• Lichtwellenleiter: Ø 2,2 mm LWL, 1 Stück
• Zubehör: Netzteil, Generatorkabel usw.

TS 23 Pulsgenerator

Der E2 set beinhaltet den TS 23 Pulsgenerator. Dieser Generator erzeugt ESD-ähnliche Störimpulse, die sich von einem Burst-Generator vor allem durch die Flankensteilheit unterscheiden. Der Störimpuls des TS 23 mit 1,5 ns Anstiegszeit kann ca. viermal effektiver in Prüflinge eindringen als ein Burst-Störimpuls mit 5 ns Anstiegszeit.

Im Gegensatz zu anderen Störgeneratoren ist der TS 23 als geschlossenes 50-Ohm-System konzipiert. 50-Ohm-Leitungen führen die Pulse zu den differenziellen Ausgängen des Generators. Von dort werden sie über 50-Ohm-Generatorkabel bis zum Prüfling geführt. Die Magnetfußadapter MA 33, die Differenzialsonden BS 03-d und BS 04DB-d sowie die Differenzialinjektoren DE2 und DE6 ermöglichen eine präzise Einkopplung der Störsignale und unterstützen die realitätsnahe Simulation von Störfestigkeitsbelastungen.

Das Troubleshooting kann mit drei Messaufbauten erfolgen, die eine gezielte Störeinkopplung und eine systematische Schwachstellenanalyse am Prüfling unterstützen.

Betriebsmodi des TS 23 Pulsgenerators

Der TS 23 Pulsgenerator bietet verschiedene Betriebsmodi für flexible und reproduzierbare Fehlersuche.

1. Kontinuierlicher Betrieb: Nach dem Anschalten erzeugt der Störgenerator kontinuierlich Störimpulse mit dem vom Benutzer eingestellten Scheitelwert und der eingestellten Pulswiederholfrequenz. Beide Parameter können im laufenden Betrieb geändert werden.
2. Pulsgruppen: In diesem Modus erzeugt der TS 23 eine voreingestellte Anzahl an Störimpulsen (1, 2, 5, 10, 20 oder 50) mit der festgelegten Pulswiederholfrequenz. Dadurch kann der DUT nach einzelnen Pulsen beobachtet oder mit schnellen definierten Pulsgruppen belastet werden.
3. Rampe: Der TS 23 Pulsgenerator ermöglicht die Messung der Eindringfähigkeit der Störimpulse durch das Impulsdichteverfahren. Bei der Pulsfolge „RAMP“ entsprechen die Scheitelwerte der Störimpulse einer Rampenfunktion. Die Rampe wird zyklisch im Sekundenabstand wiederholt. Wird ein Signaldetektor wie der Sensor S21 oder die Sonde MS 101 mit einem Leiterzug kontaktiert, gibt dieser für jeden Puls auf dem Leiterzug, der die Schaltschwelle des Detektors überschreitet, ein Lichtsignal über den LWL ab. Ein Zähler im TS 23 zählt für den Zeitraum einer Rampe die Lichtsignale. Eine hohe Anzahl deutet darauf hin, dass der DUT bereits von niedrigen Scheitelwerten der Rampe gestört wurde. Eine geringe Anzahl spricht dafür, dass der Leiterzug gut geschützt ist und nur höhere Spannungen zu einem Fehlerbild führen.
4. Extern getriggerter Betrieb: Ein SMA-Anschluss auf der Rückseite des TS 23 ermöglicht die Synchronisierung mit externen Messgeräten und Funktionsgeneratoren. Scheitelwert und Polarität der Störimpulse werden in diesem Betrieb weiterhin am TS 23 eingestellt.

Praxisbeispiel: ESD-Entstörung

Durch die Entwicklung der IC-Technologie haben sich die Strukturbreiten des Siliziums wesentlich verringert. Damit ist das Gefährdungspotenzial durch Störvorgänge gestiegen. Die höhere Störempfindlichkeit wird durch niedrigere Versorgungsspannungen, höhere Schaltgeschwindigkeiten und niedrigere Schaltschwellen der ICs verursacht. Dadurch steigt besonders die Empfindlichkeit gegenüber ESD-Störvorgängen. Entstörung und Fehlereingrenzung erfolgen üblicherweise mit einem ESD-Generator.

Die ESD-Pistole ist ein grobes Werkzeug, da sie die Baugruppe großräumig beaufschlagt und keine Ortung der Schwachstellen zulässt. Die Spitze der ESD-Pistole leitet den Störimpuls in ein metallisches Aufbauteil, zum Beispiel eine Netzwerkbuchse, des Prüflings ein. Als Nebeneffekt erzeugt die ESD-Pistole am Pistolenkopf eine 200 ps steile E-Feldauskopplung, die ebenfalls auf den Prüfling einwirkt.

Es ist unklar, ob der Prüfling durch den ESD-Impuls an der Spitze oder durch den parasitären Effekt der E-Feldauskopplung über den Pistolenkopf gestört wird. Befindet sich eine SSD-Karte in unmittelbarer Nähe des Pistolenkopfes, kann das elektrische Feld einen Stromimpuls erzeugen, der durch den Kühlkörper der SSD-Karte und kapazitiv zur Leiterkarte der SSD-Karte gekoppelt wird. Dadurch kann die SSD-Karte ausfallen.

Diese Hypothesen werden mit dem TS 23 Pulsgenerator überprüft.

Überprüfung der Wirkpfade

Zuerst wird geprüft, ob der Mikroprozessor ausreichend störfest ist. Mit dem differenziellen Ausgang des TS 23 wird ein Pulsstrom durch den Metallbelag des Mikroprozessors geführt. Dadurch entsteht im darunterliegenden Prozessor ein ESD-ähnliches Magnetfeld. Anschließend wird zwischen Metallbelag und Ground die Störspannung des TS 23 angelegt. Es tritt keine Beeinflussung des Prozessors auf. Damit ist die direkte Beeinflussung des Prozessors über seinen eigenen Kühlkörper nahezu ausgeschlossen.

Es wird vermutet, dass die SSD-Karte eine entsprechende Schwachstelle besitzt. Auf der SSD-Leiterkarte befindet sich unmittelbar unter dem SSD-Karten-Kühlkörper ein Mikroprozessor mit einem Schwingquarz. Die SSD-Karte ist zu ihrem Kühlkörper isoliert aufgebaut. Dadurch kann sich ein elektrisches Feld zwischen Kühlkörper und Bestückung, insbesondere Mikroprozessor und Schwingquarz, aufbauen.

Ein kapazitiver Verschiebestrom des elektrischen Feldes koppelt in die Leitungsführung des Schwingquarzes ein. Dieser Strom fließt über die Schutzdiode des Eingangs der Oszillatorschaltung ab und hebt die Ausgangsspannung des Schwingquarzes über die Schaltschwelle des Oszillatoreingangs. Der Eingang bekommt kein Quarzsignal mehr und die Oszillatorschaltung gibt für einige Mikrosekunden kein Taktsignal ab. Der Mikrokontroller wird in dieser Zeit nicht mehr getaktet und bleibt stehen. Die Kommunikation zum Prozessor wird unterbrochen und der Prozessor geht in einen Fehlerzustand.

Zum Nachweis wird der DE2 Differenzialeinspeiser zwischen SSD-Kühlkörper und Masse auf der SSD-Leiterkarte gelötet und an den differenziellen Ausgang des TS 23 Pulsgenerators angeschlossen. Ein ESD-ähnlicher Störpuls des TS 23 führt zum beschriebenen Ausfall des Prüflings. Der Fehler wird durch eine Störspannungsdifferenz zwischen SSD-Kühlkörper und SSD-Leiterkarte erzeugt.

Gegenmaßnahmen

Um das elektrische Feld zwischen Kühlkörper und SSD-Leiterkarte kurzzuschließen, müssen beide Metallsysteme an mindestens zwei Stellen elektrisch verbunden werden, zum Beispiel an den Stellen M2 und M3.

Markteinführung auf der EMV Köln 2026

Die offizielle Markteinführung des E2 set findet am Dienstag, 24. März 2026, auf der EMV Köln 2026 mit einer Produktvorführung von 12:00 Uhr bis 12:45 Uhr statt. Vom 24. bis 26. März 2026 ist das TS 23 Entwicklungssystem für Störfestigkeit an Stand 436 in Halle 10.2 zu sehen.