DE102017129153A1

DE102017129153A1 - Device for the spatially resolved detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits with electrical and / or electronic components

Info

Publication number: DE102017129153A1
Application number: DE102017129153.9A
Authority: DE
Inventors: Robin Gruber
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: DE102017129153B4

Abstract

Die Vorrichtung (10) zur ortsaufgelösten Detektion von elektromagnetischen Oberflächenwellen bei elektrischen Schaltungen ist versehen mit einem Trägerelement (12), das eine Sensorebene (22) mit mindestens einer und vorzugsweise mit einer Vielzahl von Sensorzonen (24) aufweist. Jede Sensorzone (24) ist mit mindestens einer Streifenleitung (26,28) zur Auskopplung einer Oberflächenwellenkomponente versehen. Die Enden der Streifenleitung (26,28) sind mit einer Auswerteeinheit (18) verbunden, in der die Auswertung und Bestimmung der Oberflächenwelle nach Ausbreitungsrichtung und/oder Stärke erfolgt. Das kann dann auf einer Anzeigeeinheit (20) angezeigt werden.The device (10) for the spatially resolved detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits is provided with a carrier element (12) having a sensor plane (22) with at least one and preferably with a plurality of sensor zones (24). Each sensor zone (24) is provided with at least one strip line (26, 28) for coupling out a surface wave component. The ends of the strip line (26,28) are connected to an evaluation unit (18), in which the evaluation and determination of the surface wave according to propagation direction and / or strength. This can then be displayed on a display unit (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten Detektion von elektromagnetischen Oberflächenwellen bei elektrischen Schaltungen, die mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen versehen und insbesondere auf Leiterplatinen ausgebildet sind.The invention relates to a device for spatially resolved detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits, which are provided with electrical and / or electronic components and in particular formed on printed circuit boards.

Um sicherzustellen, dass Geräte, welche über Einrichtungen zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen verfügen, auch in der Umgebung von anderen elektronischen Geräten betrieben werden können, ohne Funktionsstörungen zu erleiden oder zu verursachen, muss bei der Entwicklung aller elektronischen Geräte auf die Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) geachtet werden. Dabei müssen im Rahmen von Tests auch Störemissionen geprüft und Störunempfindlichkeit verifiziert werden, um die Einhaltung geltender Vorschriften sicherzustellen.To ensure that devices that have electromagnetic wave transmission and / or reception equipment can also be operated in the vicinity of other electronic devices without suffering or causing any malfunction, the development of all electronic devices must be based on compliance of electromagnetic compatibility (EMC). In the course of tests, it is also necessary to test interference emissions and verify their immunity to interference in order to ensure compliance with applicable regulations.

Im Folgenden wird auf die Störemission von Geräten und Baugruppen eingegangen, welche entscheidend dafür ist, dass keine Funkdienste beeinflusst werden. Die Erfindung aber ist auf deren Anwendung bei Störemissionsdetektionen nicht beschränkt.The following section deals with the noise emission of devices and assemblies, which is decisive for the fact that no radio services are influenced. However, the invention is not limited to its application to interference emission detections.

Eine übliche Messung eines Prüflings auf die Einhaltung vor maximalen Störemissionspegeln wird normalerweise in einer geschirmten und (meist bis auf den Boden) echofreien Kammer ausführt. Dabei wird der Prüfling nahe eines Endes der Kammer in definierter Höhe aufgestellt und betrieben. Am gegenüberliegenden Ende werden die emittierten Störungen mittels breitbandiger Antenne aufgenommen und mit einem Messempfänger quantitativ ausgewertet.A typical measurement of a device under test for compliance with maximum levels of spurious emission is usually performed in a shielded and (usually down to the ground) echo-free chamber. The specimen is set up and operated at a defined height near one end of the chamber. At the opposite end, the emitted interference is recorded by a broadband antenna and evaluated quantitatively with a measuring receiver.

Obwohl nur auf diese Art (von einer äquivalenten Messung im Freifeld abgesehen) der Fernfeldmessung gesetzlich zulässige Messergebnisse erzeugt werden können, liefert sie keinerlei Aussage darüber, welche Schaltungsteile des Prüflings die Störung erzeugen und wo ggf. Undichtigkeiten im Gehäuse sind oder an welchen Leitungen Mantelstromwellen abfließen. Damit wird eine Nachbesserung oder eine Vermeidung von EMV-Problemen im Vorfeld zum „Orakeln“.Although only in this way (apart from an equivalent measurement in the open field) of the far field measurement legally permissible measurement results can be generated, it provides no information about what circuit parts of the DUT generate the disturbance and where are leaks in the housing or where lines sheath current waves drain , This is a rectification or avoidance of EMC problems in advance to the "oracles".

Zur Detektion von Mantelstromwellen siehe beispielsweise DE 197 24 157 C1 sowie zur Detektion der Ausbreitungsrichtung von Mantelstromwellen siehe den Vorschlag gemäß der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2016 123 238.6 vom 1. Dezember 2016.For the detection of sheath current waves, see for example DE 197 24 157 C1 and for the detection of the propagation direction of sheath current waves see the proposal according to the not yet published German patent application 10 2016 123 238.6 from December 1st, 2016.

Zur Lokalisation vor Störquellen sind daher eine Vielzahl von Nahfeldsonden erhältlich, die zwar nur bedingt Aufschlüsse auf das Verhalten im Fernfeld zulassen, jedoch die Ursachen für eine Überschreitung von Grenzwerten leichter finden lassen. Diese messen üblicherweise das magnetische, seltener das elektrische Feld, welches über einer Baugruppe bzw. einem Bauteil oder an einer Leitung auftritt. Nachteilig an diesen Sonden ist, dass die manuell geführt werden müssen, um die verschiedenen möglichen Störquellen untersuchen zu können.For localization against sources of interference, therefore, a variety of near-field probes are available, which allow only limited information on the behavior in the far field, but can easily find the causes for exceeding limit values. These usually measure the magnetic field, more rarely the electric field that occurs across an assembly or a component or on a line. A disadvantage of these probes is that they have to be guided manually in order to be able to examine the various possible sources of interference.

Deutlich komfortabler sind hier Systeme, welche aus einem gemultiplexten Array an (magnetischen) Nahfeldsonden bestehen und die gemessenen Feldstärken als zweidimensionales Bild aufbereiten (siehe US 6,268,738 B2 und US 4,829,238 A ). Diese nutzen eine Schaltmatrix, um die Nahfeldsonden, welche für die Messung von Interesse sind, der Reihe nach auf einen Messempfänger zu schalten, welcher dann für die interessanten Frequenzen die Störamplituden bestimmt. Eine PC-gestützte Software fasst die Messungen aller gewünschten Sensoren zusammen und stellt diese grafisch als zweidimensionales Emissionsbild in Falschfarben dar.Systems that consist of a multiplexed array of (magnetic) near-field probes and process the measured field strengths as a two-dimensional image are much more comfortable (see US 6,268,738 B2 and US 4,829,238 A ). These use a switching matrix to switch the near-field probes, which are of interest for the measurement, in sequence to a measuring receiver, which then determines the disturbing amplitudes for the frequencies of interest. A PC-based software summarizes the measurements of all desired sensors and displays them graphically as a two-dimensional emission image in false colors.

Mit den oben beschriebenen Nahfeldsonden und Sensorarrays können nun zwar Bereiche hoher Feldstärke lokalisiert werden, jedoch kann diese Information irreführend sein, da die Abstrahlung von Störungen insbesondere bei kleinen Baugruppen und niedrigeren Frequenzen selten direkt über die Platine erfolgt, sondern meistens über angeschlossene Leitungen. Auch zeigt eine hohe Feldstärke nicht zwingend die Quelle einer Störung an, so dass eine Lokalisation des verursachenden Bauteils schwierig ist.Although areas of high field strength can now be localized with the near-field probes and sensor arrays described above, this information can be misleading, since the emission of disturbances is seldom directly via the board, in particular for small assemblies and lower frequencies, but mostly via connected lines. Also, a high field strength does not necessarily indicate the source of a disturbance, so that a localization of the causing component is difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine komfortablere Detektion von elektromagnetischen Oberflächenwellen bei elektrischen Schaltungen zu schaffen.The object of the invention is to provide a more comfortable detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten Detektion von elektromagnetischen Oberflächenwellen bei elektrischen Schaltungen mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit

- einem Trägerelement, das eine Sensorebene aufweist, die mit mindestens einer Sensorzone versehen ist, wobei innerhalb der mindestens einen Sensorzone mindestens eine zwei Enden aufweisende Streifenleitung angeordnet ist, die zur Auskopplung einer in Erstreckung der Streifenleitung gerichteten Komponente einer elektromagnetischen Oberflächenwelle oder zur Auskopplung der in Erstreckungsrichtung der Streifenleitung gerichteten Komponente einer Oberflächenwelle, die aus in mehreren Richtungen verlaufenden und sich überlagernden Oberflächenwellen resultiert, vorgesehen ist, die innerhalb desjenigen Ortsbereichs der elektrischen Schaltung verläuft, dem die Sensorzone zugeordnet ist,
- einer mit den beiden Enden der mindestens einen Streifenleitung der mindestens einen Sensorzone verbundenen oder wahlweise verbindbaren Auswerteeinheit zur Auswertung der an den Enden der mindestens einen Streifenleitung anliegenden Signale,
- wobei dasjenige Ende der mindestens einen Streifenleitung, an dem das Signal mit der größeren Amplitude anliegt, angibt, in welche Richtung entlang der Erstreckung der mindestens einen Streifenleitung die Komponente der Oberflächenwelle oder die Komponente der aus mehreren Oberflächenwellen resultierenden Oberflächenwelle verläuft, und
- eine Anzeigeeinheit zur optischen und/oder graphischen und/oder akustischen Anzeige der Ausbreitungsrichtung der entlang der mindestens einen Streifenleitung verlaufenden Komponente der Oberflächenwelle oder der entlang der mindestens einen Streifenleitung verlaufenden Komponente der aus mehreren Oberflächenwellen resultierenden Oberflächenwelle und/oder zur Anzeige der Amplituden der Signale an den Enden der mindestens einen Streifenleitung oder zur Anzeige der Amplitude der Summe von Signalen an den Enden der mindestens einen Streifenleitung.

To solve this problem, a device for spatially resolved detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits with electrical and / or electronic components is proposed with the invention, wherein the device is provided with

a carrier element which has a sensor plane which is provided with at least one sensor zone, wherein within the at least one sensor zone at least one two-ended stripline is arranged, which is used to extract a directed in the extension of the stripline component of a surface electromagnetic wave or for coupling the in Extension direction of the strip line directed component of a surface wave, which results from multi-directional and superimposed surface waves, is provided, which is within that local area of the electrical circuit is associated with the sensor zone is assigned,
an evaluation unit connected to the two ends of the at least one stripline of the at least one sensor zone or optionally connectable for evaluating the signals present at the ends of the at least one stripline,
- Wherein the end of the at least one stripline to which the signal having the greater amplitude is applied, indicates in which direction along the extension of the at least one strip line, the component of the surface wave or the component of the surface wave resulting from a plurality of surface waves, and
a display unit for optical and / or graphic and / or acoustic indication of the propagation direction of the component along the at least one strip line component of the surface wave or along the at least one strip line extending component of the surface wave resulting surface waves and / or for displaying the amplitudes of the signals at the ends of the at least one stripline or to indicate the amplitude of the sum of signals at the ends of the at least one stripline.

Sinngemäß wird mit der Erfindung also vorgeschlagen, durch eine Streifenleitung, also einen elektrischen Leiter, der über eine Massepotential aufweisende Fläche oder parallel zu einem Massepotential aufweisenden Streifen geführt ist, nach Art eines „halben“ Richtkopplers fungiert, sich auf elektrischen Schaltungen ausbreitende Oberflächenwellen ortsaufgelöst auszukoppeln und hinsichtlich Ausbreitungsrichtung und ggf. auch Amplitude zu analysieren und zu detektieren. Die diesem Vorschlag zu Grunde liegende Konzeption ist in der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2016 123 238.6 vom 1. Dezember 2016 beschrieben. Der Inhalt dieser früheren deutschen Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.Analogously, it is thus proposed with the invention, by a strip line, that is an electrical conductor, which is guided over a ground potential having surface or parallel to a ground potential strip, acts in the manner of a "half" directional coupler, decoupling spatially resolved on electrical circuits propagating surface waves and to analyze and detect in terms of propagation direction and possibly also amplitude. The concept underlying this proposal is in the unpublished version German patent application 10 2016 123 238.6 of December 1, 2016. The content of this earlier German patent application is hereby incorporated by reference into the subject of the present patent application.

Der erfindungsgemäße Ansatz ist es nun, mit einem derartigen „halben“ Richtkoppler eine elektrische Schaltung „abzufahren“ bzw. zu scannen, um dann ortsaufgelöste Informationen über die Richtung und/oder die Stärke einer Oberflächenwelle zu erhalten. Strenggenommen erhält man bei Verwendung einer einzigen Streifenleitung die Richtungsangabe und ggf. Stärke derjenigen Komponente der Oberflächenwelle, die in Richtung der Ausbreitung der Streifenleitung gerichtet ist. Verwendet man nun pro Sensorzone zwei gegeneinander isolierte und vorzugsweise um 90° gegeneinander versetzte Streifenleitungen, so kann man aus den Ausbreitungsrichtungen der beiden durch den Verlauf der Streifenleitungen definierten Komponenten die resultierende Oberflächenwelle ortsaufgelöst detektieren. Hierzu dient eine Auswerteeinheit, die pro Streifenleitung vorgesehen ist oder mit der sequentiell die Enden mehrerer bzw. sämtlicher Streifenleitungen verbindbar sind. In der Auswerteeinheit kann anhand desjenigen Endes einer Streifenleitung, an dem das größere Signal anliegt, bestimmt werden, in welcher Richtung sich die Oberflächenwelle bzw. die längs der Streifenleitung gerichtete Komponente der Oberflächenwelle ausbreitet. Dabei gilt, dass die in Richtung des Verlaufs der Streifenleitung gerichtete Oberflächenkomponente von demjenigen Ende der Streifenleitung aus, an dem die größere Signalamplitude detektiert wird, an der Streifenleitung entlangläuft. Damit ist die Ausbreitungsrichtung dieser Oberflächenwellenkomponente ermittelt. Werden nun pro Sensorzone zwei um 90° oder in einem anderen Winkel versetzt zueinander ausgerichtete Streifenleitungen genutzt, so kann anhand der Amplituden der Signale an den vier Enden die Stärke und Richtung der beiden winklig zueinander verlaufenden Oberflächenwellenkomponenten und daraus die Richtung und gegebenenfalls auch Stärke der resultierenden Oberflächenwelle errechnet werden (z.B. durch Trigonometrie). Über eine Anzeigeeinheit kann dann graphisch angezeigt werden, in welcher Richtung längs der Streifenleitung die Oberflächenwelle bzw. ihre Komponente verläuft. Die Anzeige kann zusätzlich optisch und/oder auch akustisch erfolgen.The approach according to the invention is now to "scan" or scan an electrical circuit with such a "half" directional coupler in order then to obtain spatially resolved information about the direction and / or the strength of a surface wave. Strictly speaking, when using a single stripline, the indication of the direction and possibly the strength of that component of the surface wave which is directed in the direction of the propagation of the stripline is obtained. If, for each sensor zone, two strip lines insulated from one another and preferably offset by 90 ° from each other are used, then the resulting surface wave can be detected in a spatially resolved manner from the propagation directions of the two components defined by the course of the strip lines. This is done by an evaluation unit, which is provided per strip line or with which the ends of several or all strip lines can be connected sequentially. In the evaluation unit, it can be determined by means of that end of a stripline, against which the larger signal is applied, in which direction the surface wave or the component of the surface wave directed along the stripline propagates. In this case, the surface component directed in the direction of the course of the strip line runs along the strip line from the end of the strip line at which the greater signal amplitude is detected. Thus, the propagation direction of this surface wave component is determined. If two strip lines aligned at 90 ° or at a different angle are used per sensor zone, then the strength and direction of the two surface wave components extending at an angle to one another and the direction and possibly also the strength of the resulting lines can be determined by the amplitudes of the signals at the four ends Surface wave are calculated (eg by trigonometry). A display unit can then be used to graphically indicate in which direction along the strip line the surface wave or its component runs. The display can also be made visually and / or acoustically.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensorebene des Trägerelements mehrere in Zeilen- und/oder Spaltenform nebeneinander angeordnete Sensorzonen mit jeweils mindestens einer Streifenleitung aufweist. Mit einem derartigen „Zeilensensor“ kann also durch Überfahren der elektrischen Schaltung in einer quer zur Erstreckung der Zeile verlaufenden Richtung die elektrische Schaltung abgescannt werden. Vorzugsweise ist der Zeilensensor länger als die kürzere Dimension (Länge oder Breite) der zu untersuchenden elektrischen Schaltung.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the sensor plane of the support element has a plurality of row and / or column shape juxtaposed sensor zones each having at least one stripline. By means of such a "line sensor", the electrical circuit can thus be scanned by traversing the electrical circuit in a direction extending transversely to the extent of the line. Preferably, the line sensor is longer than the shorter dimension (length or width) of the electrical circuit under test.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensorebene eine Vielzahl von in Form eines Array angeordnete Sensorzonen mit jeweils mindestens einer, bevorzugt zwei Streifenleitung(en) aufweist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die zu untersuchende elektrische Schaltung auf das entsprechend groß dimensionierte Trägerelement aufgelegt. Es ist also keine Relativverschiebung zwischen Trägerelement und elektrischer Schaltung erforderlich. Die einzelnen Sensorzonen bzw. deren Streifenleitungen werden entweder nach dem Prinzip des Multiplexens sequentiell mit ein und derselben Auswerteeinheit verbunden oder aber es existieren mehrere Auswerteeinheiten, von denen jede einer Sensorzone und deren Streifenleitung bzw. -leitungen zugeordnet ist. Bei der Nutzung eines Multiplexers sollten bevorzugt zumindest alle Ausgänge aller Streifenleiter einer Sensorzone gleichzeitig ausgewertet werden, um Aliasing-Effekte zu vermeiden.In a further advantageous embodiment of the invention can be provided that the sensor plane has a plurality of arranged in the form of an array sensor zones each having at least one, preferably two stripline (s). In this embodiment of the invention, the electrical circuit to be examined is placed on the correspondingly large-sized carrier element. So there is no relative displacement between the carrier element and electrical circuit required. The individual sensor zones or their strip lines are connected either sequentially with one and the same evaluation unit according to the principle of multiplexing, or several exist Evaluation units, each associated with a sensor zone and its stripline or lines. When using a multiplexer, preferably at least all outputs of all strip conductors of a sensor zone should be evaluated simultaneously in order to avoid aliasing effects.

Durch Verfahren des oben genannten Zeilensensors in Richtung der Aufeinanderfolge von Sensorzonen oder durch Verfahren des oben als Alternative aufgeführten Array von Sensorzonen in eine oder beiden Flächendimensionen, wobei das Verfahren bzw. Verschieben relativ zur zu untersuchenden Schaltung um jeweils weniger als die Erstreckung einer Sensorzone erfolgt, kann die Ortsauflösung der Oberflächenwellendetektion erhöht werden.By moving the above-mentioned line sensor in the direction of the succession of sensor zones or by moving the array of sensor zones listed above as an alternative into one or both surface dimensions, wherein the method or displacement relative to the circuit to be examined is less than the extent of a sensor zone the spatial resolution of the surface wave detection can be increased.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die beiden Streifenleiter der mindestens einen Sensorzone sich bevorzugt senkrecht überkreuzen oder nebeneinander angeordnet sind.It is furthermore advantageous if the two strip conductors of the at least one sensor zone preferably cross over one another perpendicularly or are arranged next to one another.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung mit in Array-Form angeordneten Sensorzonen,
2 eine Draufsicht auf die Sensorseite bzw. Sensorebene der Vorrichtung nach 1 und
3 bis 6 verschiedene Anordnungen für die pro Sensorzone vorzusehenden Streifenleitungen.

The invention will be explained in more detail with reference to several embodiments and with reference to the drawings. In detail, they show:

1 1 schematically an embodiment of a detection device according to the invention with sensor zones arranged in array form,
2 a plan view of the sensor side or sensor plane of the device according to 1 and
3 to 6 various arrangements for the per line sensor strip to be provided.

Um die oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu umgehen, wird eine Vorrichtung 10 vorgeschlagen, welche statt der ortsaufgelösten Messung des magnetischen Feldes allein, eine Messung von magnetischem und elektrischem Feld in Kombination durchführt, entsprechend der Ausführung als „halber Richtkoppler“, wie in der bereits oben erwähnten noch nicht veröffentlichten deutschen Patenanmeldung 10 2016 123 238.6 vom 1. Dezember 2016 beschrieben. Diese Vorrichtung 10 erlaubt es, in einer Dimension zu bestimmen, in welche Richtung und mit welcher Feldstärke eine Störung an der Oberfläche einer Leitung entlang läuft. Auf der Oberfläche einer Baugruppe kann sich eine elektromagnetische Welle jedoch in zwei Dimensionen bewegen. Deswegen wird hier eine Vorrichtung 10 vorgeschlagen, welche auch die Laufrichtung einer Welle auf einer Oberfläche bestimmen kann.To obviate the drawbacks described above in connection with the prior art, a device is disclosed 10 proposed, which instead of the spatially resolved measurement of the magnetic field alone, performs a measurement of magnetic and electric field in combination, according to the execution as a "semi-directional coupler", as in the above-mentioned unpublished German patent application 10 2016 123 238.6 of December 1, 2016. This device 10 makes it possible to determine in one dimension in which direction and with which field strength a disturbance runs along the surface of a conduit. However, on the surface of an assembly, an electromagnetic wave can move in two dimensions. That's why here's a device 10 proposed, which can also determine the direction of a wave on a surface.

Die Vorrichtung 10 ist in ihren Grundzügen in den 1 und 2 gezeigt. Sie weist ein Trägerelement 12 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Platte bzw. eines Tisches hat. Das Trägerelement 12 dient zur Aufnahme einer zu untersuchenden elektrischen Schaltung auf einer Leiterplatine (nicht dargestellt), die auf die Sensorfläche 14 des Trägerelements 12 aufgelegt wird. Das Trägerelement 12 ist elektrisch mit einer Auswerteeinheit 18 verbunden, in der die Sensorsignale ausgewertet und zur Detektion der Ausbreitungsrichtung und Stärke von Oberflächenwellen verrechnet werden, und zwar zur ortsaufgelösten Detektion. An einer Anzeigeeinheit 20 kann dann beispielsweise durch Fehlfarben, optisch bzw. graphisch angezeigt werden, wie sich die Verteilung der Stärke und/oder Ausrichtung der Oberflächenwellen über einer elektrischen Schaltung darstellt.The device 10 is in its outline in the 1 and 2 shown. It has a support element 12 on, which has the shape of a plate or a table in this embodiment. The carrier element 12 serves to receive an electrical circuit to be examined on a printed circuit board (not shown), which on the sensor surface 14 the carrier element 12 is hung up. The carrier element 12 is electrical with an evaluation unit 18 connected, in which the sensor signals are evaluated and charged for the detection of the propagation direction and strength of surface waves, namely for the spatially resolved detection. On a display unit 20 can then be displayed, for example by false colors, visually or graphically, as the distribution of the strength and / or orientation of the surface waves over an electrical circuit.

2 zeigt einen Blick auf die Ausbildung der Sensorebene 22 des Trägerelements 12, die in der Sensorfläche 14 oder fluchtend mit dieser im Trägerelement 12 angeordnet ist. Die Sensorebene 22 ist unterteilt in eine Vielzahl von Sensorzonen 24, in denen jeweils zwei Streifenleitungen 26, 28 verlaufen, deren jeweils beiden Enden entweder sequentiell mit der Auswerteeinheit 18 verbunden werden (und zwar nach dem Prinzip des Multiplexens) oder aber die parallel mit der Auswerteeinheit 18 verbunden sind, die zu diesem Zweck mehrkanalig ausgeführt sein müsste. 2 shows a view of the training of the sensor level 22 the carrier element 12 in the sensor area 14 or in alignment with this in the carrier element 12 is arranged. The sensor level 22 is divided into a variety of sensor zones 24 , in each of which two strip lines 26 . 28 both ends of which terminate either sequentially with the evaluation unit 18 be connected (and that according to the principle of multiplexing) or in parallel with the evaluation 18 are connected, which would have to be executed multi-channel for this purpose.

Verallgemeinert ausgedrückt besteht der Sensor der Vorrichtung 10 aus mindestens einem Sensorelement, nämlich mindestens einer Sensorzone 24, die wie eine Nahfeldsonde manuell oder automatisch verfahren wird, um die elektrische Schaltung abzutasten, oder aber aus einer Reihe oder einer Matrix von Sensorelementen bzw. Sensorzonen 24, die dann in der Sensorebene 22 angeordnet sind. Jedes Sensorelement bzw. jede Sensorzone 24 weist in diesem Ausführungsbeispiel mindestens zwei „halbe Richtkoppler“ in Streifenleitungstechnik auf, d. h. die beiden Streifenleitungen 26, 28 mit einem pro Sensorzone 24 vorhandenen elektrischen Massefläche 30, die so zueinander stehen, dass sich aus ihren Ausgangssignalen eindeutig die Laufrichtung und Amplitude einer elektromagnetischen Welle bestimmen lässt, die nahe der Messebene verläuft.Generally speaking, the sensor consists of the device 10 from at least one sensor element, namely at least one sensor zone 24 which is moved manually or automatically like a near-field probe to scan the electrical circuit, or from a row or a matrix of sensor elements or sensor zones 24 then in the sensor plane 22 are arranged. Each sensor element or each sensor zone 24 has in this embodiment, at least two "half-directional coupler" in stripline technology, ie, the two strip lines 26 . 28 with one per sensor zone 24 existing electrical ground plane 30 , which stand in such a way that their output signals clearly determine the direction and amplitude of an electromagnetic wave that is close to the measuring plane.

Die Realisierung der Sensorzonen 24 erfolgt dabei zweckmäßigerweise in Form einer mehrlagigen Leiterplatte. Im Folgenden werden anhand der 3 bis 6 verschiedene Ausführungsvarianten einer Sensorzone beschrieben. Dabei verlaufen mit durchgezogenen Linien versehenen Abschnitte der Streifenleitungen 26, 28 oberhalb und die mit gestrichelten Linien gezeigten Abschnitte der Streifenleitungen 26, 28 unterhalb der metallisierten Fläche, die die elektrisch leitende Massefläche 30 bildet. Die Kreise verdeutlichen Durchkontaktierungen. Die Breiten und Abstände der Leiterbahnen zur metallisierten Fläche sind so gewählt, dass sich ein konstanter, für die nachgeschaltete Auswertung sinnvoller Wellenwiderstand ergibt.The realization of the sensor zones 24 It is expediently carried out in the form of a multilayer printed circuit board. The following are based on the 3 to 6 various embodiments of a sensor zone described. In this case, run with solid lines provided portions of the strip lines 26 . 28 above and the portions of the strip lines shown with dashed lines 26 . 28 below the metallized surface, which is the electrically conductive ground plane 30 forms. The circles illustrate vias. The widths and spacings of the tracks to the metallized area are chosen so that a constant, for the downstream evaluation results in meaningful characteristic impedance.

3 zeigt zwei sich optimalerweise im rechten Winkel kreuzende aber nicht untereinander verbundene, in unterschiedlichen Lagen einer z.B. Platine o.dgl. Trägerelement angeordnete Leiterbahnen, die über einer metallisierten Fläche geführt werden. Die Isolation zwischen den Bahnen kann über einen Lagensprung einer der Leitungen im Bereich der Kreuzung in die Lage der metallisierten Fläche oder auf eine Lage unter dieser, oder durch Verlegen der Bahnen in zwei Platinenlagen realisiert werden. Die tiefere Bahn muss dann allerdings die geringere Breite aufweisen, um wieder den gleichen Wellenwiderstand 32 zu besitzen. Alternativ kann der Unterschied im Wellenwiderstand 32 ebenso wie die unterschiedliche Empfindlichkeit durch die auswertende Schaltung (Auswerteeinheit 18) berücksichtigt werden. Das Bild zeigt die Anordnung in den Diagonalen der Fläche eines Sensorelements. Natürlich können die Leitungen auch parallel zu den Kanten angeordnet werden, was jedoch aufgrund der geringeren Länge zu weniger Signalausbeute, dafür aber zu einer höheren Betriebsfrequenz führt. 3 shows two optimally crossing at right angles but not interconnected, in different positions of eg board or the like. Carrier element arranged conductor tracks, which are guided over a metallized surface. The insulation between the webs can be realized by a layer jump of one of the lines in the region of the intersection into the position of the metallized surface or to a position below it, or by laying the webs in two board layers. However, the deeper track then has to have the smaller width, again to the same characteristic impedance 32 to own. Alternatively, the difference in wave resistance 32 as well as the different sensitivity by the evaluating circuit (evaluation unit 18 ). The picture shows the arrangement in the diagonals of the surface of a sensor element. Of course, the lines can also be arranged parallel to the edges, but this leads to less signal yield due to the shorter length, but instead leads to a higher operating frequency.

4 zeigt zwei bevorzugt senkrecht zueinander stehende und ebenfalls über eine metallisierte Fläche geführte Leitungen, die sich nicht kreuzen. 4 shows two preferably perpendicular to each other and also over a metallized surface guided lines that do not intersect.

5 zeigt vier (benötigt werden mindestens drei) an einem Ende mit dem Wellenwiderstand 32 der Leitung abgeschlossene und bevorzugt mit gleichen Zwischenwinkeln radial um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnete und über einer metallisierten Fläche geführte Leiterbahnen Die Abbildung zeigt die Abschlusswiderstände auf der Oberseite, sie können natürlich - über Durchkontaktierungen angeschlossen - auch auf der Unterseite zu liegen kommen. 5 shows four (requires at least three) at one end with the characteristic impedance 32 The figure shows the terminating resistors on the upper side, they can of course also come to rest on the underside - connected via plated-through holes - to the line and preferably at the same intermediate angles arranged radially around a common center and over a metallized surface.

In je zwei Viertel der Sensorfläche verlaufende horizontale und vertikale Leitungen, welche unterhalb der metallisierten Fläche durchverbunden sind (siehe 6).In each two quarters of the sensor surface extending horizontal and vertical lines, which are interconnected below the metallized surface (see 6 ).

2 zeigt die prinzipielle Anordnung der Sensorzone 24 als Matrix. Hier wurde ein Quadrat als Sensorzonenform gewählt. Prinzipiell ist auch eine hexagonale Sensorzonenform möglich. 2 shows the basic arrangement of the sensor zone 24 as a matrix. Here, a square was chosen as the sensor zone shape. In principle, a hexagonal sensor zone shape is possible.

Die mindestens drei (typisch vier) Ausgangssignale einer Sensorzone 24 können nun entweder über eine Schaltmatrix, welche auch mit auf der Platine untergebracht sein kann, einem Messempfänger (in der Auswerteeinheit 18) zugeführt werden. Bevorzugt ist jedoch, dass alle Ausgänge einer Sensorzone 24, mindestens jedoch die beiden Ausgänge eines der „halben Richtkoppler“ jeweils einem eigenen Messempfänger zugeführt werden, um Artefaktbildung durch Unterabtastung eines Signals mit variierender Störamplitude zu verhindern. Mehrere Sensorzonen 24 können ihrerseits ebenfalls durch eine Schaltmatrix gemultiplext werden. Bevorzugt wäre jedoch, jeder Sensorzone einen eigenen, entsprechend der Anzahl der Richtkopplerausgänge mehrkanaligen Messempfänger zur Verfügung zu stellen.The at least three (typically four) output signals of a sensor zone 24 can now either a switching matrix, which can also be accommodated on the board, a measuring receiver (in the evaluation 18 ). However, it is preferred that all outputs of a sensor zone 24 but at least the two outputs of one of the "half directional couplers" are each supplied to a separate measuring receiver in order to prevent artifact formation by undersampling a signal with varying interference amplitude. Multiple sensor zones 24 For their part, they can also be multiplexed by a switching matrix. However, it would be preferable to provide each sensor zone with its own multi-channel measurement receiver corresponding to the number of directional coupler outputs.

Ein derartiger integrierter Messempfänger ist beispielsweise auf einer Platine untergebracht, welche senkrecht zur Sensorebene 22 angeordnet ist und für die einfachere Montage über Stecker angeschlossen wird. Um dabei die maximale Platinenfläche nutzen zu können, bietet sich eine Platine an, welche in der Diagonale des Quadrats des Sensorelements steht. Aufgrund des Frequenzgangs 1. Ordnung der Richtkoppler ist es zweckmäßig, den Frequenzgang des Messempfängers soweit anzupassen, dass der Frequenzgang des Sensors kompensiert wird.Such an integrated measuring receiver is accommodated, for example, on a board which is perpendicular to the sensor plane 22 is arranged and connected for easier mounting via plug. In order to be able to use the maximum board area, a circuit board is available which is located in the diagonal of the square of the sensor element. Due to the frequency response 1 , Order of the directional coupler, it is expedient to adjust the frequency response of the measuring receiver so far that the frequency response of the sensor is compensated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Vorrichtungdevice
1212: Trägerelementsupport element
1414: Sensorflächesensor surface
1818: Auswerteeinheitevaluation
2020: Anzeigeeinheitdisplay unit
2222: Sensorebenesensor level
2424: Sensorzonesensor zone
2626: Streifenleitungenlines
2828: Streifenleitungenlines
3030: Masseflächeground plane
3232: Wellenwiderstandimpedance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19724157 C1 [0006]
DE 102016123238 [0006, 0012]
US 6268738 B2 [0008]
US 4829238 A [0008]

Claims

Device for the spatially resolved detection of electromagnetic surface waves in electrical circuits with electrical and / or electronic components, with - A support member (12) having a sensor plane (22) which is provided with at least one sensor zone (24), wherein within the at least one sensor zone (24) at least one two-end stripline (26,28) is arranged, the for coupling out a component of a surface electromagnetic wave directed in the direction of the strip line (26, 28) or for coupling out the component of a surface wave, which is directed in the direction of extension of the strip line (26, 28), of a surface wave resulting from multi-directional and overlapping surface waves, which runs within that local area of the electrical circuit to which the sensor zone (24) is assigned, - An evaluation unit (18) connected to the two ends of the at least one strip line (26, 28) of the at least one sensor zone (24) for evaluating the signals present at the ends of the at least one strip line (26, 28), - Wherein the end of the at least one strip line (26,28) to which the signal having the greater amplitude applied, indicating in which direction along the extension of the at least one strip line (26,28), the component of the surface wave or the component of surface wave resulting surface waves, and a display unit (20) for optically and / or graphically and / or acoustically displaying the propagation direction of the component of the surface wave or the component along the at least one stripline (26, 28) surface wave resulting from surface waves and / or to indicate the amplitudes of the signals at the ends of the at least one stripline (26, 28) or to indicate the amplitude of the sum of signals at the ends of the at least one stripline (26, 28).

Device after Claim 1 , characterized in that the at least one sensor zone (24) has strip lines (26, 28) which are insulated from one another, which are preferably arranged rotated by 90 ° relative to one another, and in the evaluation unit (18) based on the signal amplitudes at the two ends of each strip line ( 26, 28) the direction and / or intensity of each component defined by the respective stripline (26, 28), and therefrom the propagation direction and / or strength of the surface wave resulting from the components within the range of the electrical circuit associated with the sensor zone (24) is, can be determined and displayed on the display unit (20).

Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the carrier element (12) and the electrical circuit to be examined relative to each other for sequential scanning of the electrical circuit are movable.

Device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the sensor plane (22) of the carrier element (12) a plurality of row and / or column shape juxtaposed sensor zones (24) each having at least one stripline (26,28).

Device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the sensor plane (22) has a plurality of arranged in the form of an array sensor zones (24) each having a strip line (26,28).

Device after Claim 4 or 5 , characterized in that the ends of each strip line (26, 28) or the ends of the strip lines (26, 28) of each sensor zone (24) is assigned an evaluation unit (18) or the ends of each strip line (26, 28) or the ends the strip lines (26, 28) of each sensor zone (24) can be successively connected to an evaluation unit (18).

Device after Claim 5 or 6 , characterized in that the circuit to be examined and the carrier element (12) for increasing the spatial resolution of the surface wave detection relative to each other in the direction of the extension of adjacent sensor zones (24) by an amount that is less than or equal to the extent of a sensor zone (24) , are movable.

Device after Claim 2 and / or according to one of the preceding claims, if applicable Claim 2 rear-facing, characterized in that the two strip lines (26,28) of the at least one sensor zone (24) cross over or are arranged side by side.

Device according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that each sensor zone (24) has an electrical ground surface (30) on which and / or below which the at least one strip line (26, 28) runs and / or extends over a plurality of strip lines (26, 28).

Device according to one of Claims 1 to 9 characterized by an adjustable frequency filter for filtering individual frequencies or frequency bands at the ends of the Stripline (26,28) applied signals, wherein the adjustable frequency filter is part of the evaluation unit (18).