EMI-Detektoren: Peak, Quasi-Peak und Average (Mittelwert) erklärt

Um die Unterschiede zwischen PEAK (Spitzenwert), QUASI-PEAK (QP / Quasi-Spitzenwert) und AVERAGE (AV / Mittelwert) wirklich zu verstehen, müssen wir mit den grundlegenden Prinzipien eines EMI-Messempfängers beginnen.

1. Das Wesen der Gleichrichtung (Detection)

Bei EMV-Prüfungen sammelt ein Spektrumanalysator oder EMI-Messempfänger HF-Energie aus dem Raum oder von Kabeln und mischt sie auf ein Zwischenfrequenz-Signal (ZF-Signal) herunter. Die Aufgabe des Detektors besteht darin, die schwankende Hüllkurve dieses ZF-Signals in einen erfassbaren Spannungswert umzuwandeln.

• Ladezeitkonstante ($\tau_c$): Die Zeit, die die Ausgangsspannung des Detektors benötigt, um 63 % ihres Endwertes zu erreichen, wenn plötzlich eine konstante sinusförmige Spannung am Eingang anliegt. Sie bestimmt, wie schnell der Detektor auf impulsförmige Signale reagiert.
• Entladezeitkonstante ($\tau_d$): Die Zeit, die die Ausgangsspannung des Detektors benötigt, um auf 37 % (d. h. $1/e$) ihres Anfangswertes abzufallen, nachdem das Eingangssignal abgeschaltet wurde. Sie bestimmt die Fähigkeit des Detektors, die Impulshüllkurve aufrechtzuerhalten.

2. Vergleich der drei Detektionsarten

2.1 PEAK (Spitzenwertdetektion - PK)

• Logik: Ultraschnelle Ladung (Mikrosekundenbereich), extrem langsame Entladung.
• Wirkprinzip: Sobald ein Störsignal auftritt, lädt sich der Kondensator unabhängig von dessen Dauer sofort auf und entlädt sich über einen langen Zeitraum nicht. Dadurch wird die absolute momentane Maximalamplitude des Signals innerhalb einer Zeiteinheit erfasst.
• Anwendung: Pre-Scan (Vorabmessung) und militärische Normen. Wenn der PK-Wert eines Produkts niedriger ist als die spezifizierten QP- oder AV-Grenzwerte, wird es direkt als konform (Bestanden) eingestuft.

2.2 QUASI-PEAK (Quasi-Spitzenwertdetektion - QP)

• Logik: Schnelle Ladung (Millisekundenbereich), langsame Entladung (Hunderte von Millisekunden).
• Wirkprinzip: Dies ist die Kernmessgröße für kommerzielle/industrielle EMV-Prüfungen. Der QP-Wert hängt nicht nur von der Amplitude des Impulses ab, sondern auch von seiner Wiederholfrequenz.
  • Bei gleicher Amplitude führen dichter aufeinanderfolgende Impulse zu einer kontinuierlichen Aufladung, wodurch sich der QP-Wert dem PK-Wert annähert. Seltenere Impulse lassen mehr Zeit zur Entladung, was zu einem niedrigeren QP-Wert führt.
• Hintergrundgedanke: Es soll die subjektive Lästigkeit von Funkstörungen auf das menschliche Gehör simuliert werden. Hochfrequentes Rauschen ist sehr störend (Hoher QP), während gelegentliches Knacken relativ gut toleriert wird (Niedriger QP).

2.3 AVERAGE (Mittelwertdetektion - AV)

• Logik: Symmetrische und relativ lange Lade-/Entladezeitkonstanten.
• Wirkprinzip: Der Detektor führt eine Integrationsoperation des Signals durch und “glättet” die momentanen, scharfen Spitzen, um nur die durchschnittliche Energie des Signals wiederzugeben.
• Anwendung: Erfassung von Dauerstrichstörungen (Continuous Wave - CW). Wird speziell verwendet, um andauernde Signale wie von Quarzoszillatoren und PWM-Harmonischen (Pulsweitenmodulation) zu identifizieren.

3. Quasi-Peak-Parameter nach Norm CISPR 16-1-1

Die R-C-Parameter des Quasi-Peak-Detektors sind je nach Frequenzbereich (Band) normativ streng definiert:

Band	Frequenzbereich	6-dB-Bandbreite (RBW)	Ladekonstante ($\tau_c$)	Entladekonstante ($\tau_d$)	Messgerätekonstante
Band A	9 kHz – 150 kHz	200 Hz	45 ms	500 ms	160 ms
Band B	150 kHz – 30 MHz	9 kHz	1 ms	160 ms	160 ms
Band C	30 MHz – 300 MHz	120 kHz	1 ms	550 ms	100 ms
Band D	300 MHz – 1 GHz	120 kHz	1 ms	550 ms	100 ms

Wichtige Beobachtungen:

• Band B (Leitungsgeführter Bereich) weist die kürzeste Entladezeit (160 ms) auf, was bedeutet, dass dieses Band eine relativ große “Toleranz” für die Impulsdichte bietet.
• Band C/D (Gestrahlter Bereich) hat eine deutlich längere Entladezeit (550 ms), was eine stärkere Beibehaltung hochfrequenter Impulshüllkurven ermöglicht.

4. Zusammenfassung und Praxis-Tipps

In jedem Szenario gelten für ein und dasselbe Störsignal immer die folgenden Verhältnisse: PK ≥ QP ≥ AV

• Hoher PK, aber niedriger QP: Deutet darauf hin, dass die Störquelle aus gelegentlichen, transienten Impulsen besteht (z. B. Relaisschalten, Schaltspitzen).
• PK, QP und AV nahezu identisch: Eindeutig schmalbandige kontinuierliche Störung. Überprüfen Sie Quarzoszillatoren, Taktgeber oder Hochgeschwindigkeitsbusse.
• Prüfstrategie: Verbringen Sie zunächst ein paar Minuten damit, den gesamten Frequenzbereich mit PK (schnell) zu scannen, um kritische Punkte nahe der Grenzwertlinie zu identifizieren. Führen Sie dann an diesen spezifischen Punkten präzise Dwell-Messungen (Verweilzeitmessungen) mit QP und AV (langsam, aber genau) durch.