Nahfeldsonden sind in der Elektrotechnik bei der Entwicklung von Baugruppen nicht mehr weg zu denken. Sowohl in der Hochfrequenztechnik als auch in der EMV-Technik werden sie erfolgreich eingesetzt. Sie werden genutzt, um Simulationswerte zu evaluieren, Störquellen ausfindig zu machen und Echtzeitüberwachung durchzuführen. Folgende Vorteile bringen Nahfeldsonden mit:

• Eine geringe Rückwirkung auf das Messsystem durch kontaktlose Messung
• Vielseitige Einsatzmöglichkeiten durch optimierte Formgebung der Spitzen
• Durch ihre geringe Größe sind auch schwer erreichbare Strukturen untersuchbar
• Nahfeldsonden decken ein breites Frequenzspektrum ab
• Die Sonden sind für Messungen im Frequenz- und im Zeitbereich einsetzbar
• Einfache Handhabung

Diese Vorteile ermöglichen eine einfache Integration der Nahfeldsonden in den Entwicklungsprozess. Ein weiterer Aspekt und der größte Vorteil der Nahfeldanalyse ist die Möglichkeit, verschiedene Wirkzusammenhänge in Baugruppen (z.B. Magnetfelder) zu untersuchen. Das Magnetfeld und das elektrische Feld sind getrennt voneinander messbar. So ist es möglich, die Wirkung des elektrischen Feldes von der Wirkung des magnetischen Feldes getrennt zu beurteilen. Der damit verbundene Gewinn an Freiheitsgraden für die Beurteilung des Wirkzusammenhangs ist erheblich, da aus den Feldverteilungen auch Verteilungen der Ströme und Spannungen abgeleitet werden können.

Um diesen Vorteil der Nahfeldmessung ausnutzen zu können, sind die Sonden der Langer EMV-Technik GmbH so konstruiert, dass z.B. Magnetfeldsonden gegen Eindringen von elektrischen Feldern geschirmt sind.

Ein weiterer positiver Aspekt der Nahfeldmessung mit Nahfeldsonden ist die räumliche Auflösung von Messwerten. Je nach Größe der Nahfeldsonden können Messvolumina höher oder niedriger aufgelöst gemessen werden. So kann beispielsweise die Feldverteilung von ganzen Baugruppen sowie von kleinsten Schaltkreisen vermessen und grafisch angezeigt werden. Für den Bereich der Feldverteilung der Schaltkreise eignen sich besonders die Nahfeldmikrosonden der ICR-Serie. Diese Sonden zeichnen sich durch eine hohe räumliche Auflösung von ca. 70 μm - 250 μm aus. Mit dieser Auflösung können Feldverteilungen von integrierten Schaltkreisen aufgenommen und ausgewertet werden. In Abbildung 1 und Abbildung 2 ist z.B. die Feldverteilung des Prozessorchips eines Raspberry Pi bei verschiedenen Spektralfrequenzen sichtbar. Die Feldverteilungen resultieren aus den inneren Schaltvorgängen des IC. In den Abbildungen kann man die unterschiedliche Aktivität des Schaltkreises bei unterschiedlichen Frequenzen erkennen. Diese Aktivitäten spiegeln die Vorgänge und Funktionen des Schaltkreises wider und sind z.B. abhängig von der Technologie des IC und der Soft- bzw. Firmware. Im Vergleich dazu zeigt die Feldverteilung des Speicherschaltkreises des Raspberry Pi die Verschiedenheit des Aufbaus auf.

Die Abbildungen 3 und 4 zeigen eine über die gesamte Chipfläche verteilte Aktivität des IC. Sie wird durch die über den Chip verteilte Funktion des IC erzeugt.

Unter dem Gesichtspunkt der:

• Fehlerdiagnose
• Qualitätssicherung
• Optimierung von integrierten Schaltungsteilen

sind diese Art von Nahfelduntersuchungen ein Gewinn in der Entwicklung, aber auch bei der Fehlersuche in fertigen Geräten.

Die Vorteile der hohen Ortsauflösung und des breiten Frequenzbereiches sind besonders nützlich bei der Untersuchung von sicherheitskritischen Funktionen der integrierten Schaltungen. Dies wird aktuell besonders im Bereich Schaltkreissicherheit angewendet. Bei den sogenannten Seitenkanalangriffen werden im Zeitbereich Schaltkreise mit bestimmten Signalen beaufschlagt und an verschiedenen Positionen die Reaktion des Schaltkreises anhand von Feldstärkeerhöhung untersucht. Hier bietet Langer EMV-Technik nicht nur die Nahfeldsonden zur Messung der Reaktion, sondern auch die Pulsfeldgeneratoren zur Einspeisung der Störsignale an. Die Ortsauflösung der eingespeisten Pulsfelder liegt hierbei auch im Bereich von ca. 200 μm - 300 μm.

Für grundlegende EMV-Untersuchungen sind die Nahfelder eine der wichtigsten Informationsquellen. Daher sind Nahfeldsonden die Augen der Entwickler innerhalb des Gerätes.