Effizientes Breitband-Netzwerkmodell zur Simulation von Spannungsversorgungsstrukturen auf Leiterplatten

摘要

Das Hochfrequenzverhalten planparalleler Plattenstrukturen, wie sie in mehrlagigen Platinen (PCB) fur Spannungsversorgungslagen Verwendung finden, ist fur die EMV des Gesamtsystems haufig von entscheidender Bedeutung. Aufgrund der schnellen, transienten Versorgungstrome, die durch Schaltvorgange digitaler Komponenten entstehen, werden die strukturellen Resonanzen der Plattenpaare angeregt, was eine Verschlechterung der Signalintegritat und die verstarkte Abstrahlung der Struktur hervorruft [1]. Ahnliche Effekte treten zwischen den Versorgungslagen von Motherboard- Subboard-Strukturen [2], PCB Masseebenen und Gehause oder zwischen Kuhlkorpern und Masse auf. Zur Analyse des elektromagnetischen Verhaltens solcher planparallelen Strukturen wurde neben der direkten Feldsimulation mit verschiedenen Methoden (FEM, FD, FIT, MOM…) [4]-[7] ein analytischer Ansatz zur Losung der zugrunde liegende 2D Helmholtz-Gleichung entwickelt, basierend auf einem Hohlraummodell mit ideal magnetisch leitenden Seitenwanden. Dieses Hohlraummodell wurde mehrmals durch Impedanzmessung uber einen grossen Frequenzbereich validiert [3],[11]. Die analytische Losung der Helmholtz-Gleichung kann fur elementare Plattengeometrien durch einen Spiegelungsansatz [8] oder eine Orthogonalreihentwicklung [9] berechnet werden, fuhrt aber zu einer schlecht konvergierenden Summe, die fur eine breitbandige Analyse ungeeignet ist. Um das Konvergenzverhalten zu verbessern, wurden diverse Impedanzformulierungen entwickelt ([10], [11], [13]), die aber nicht als Ersatzschaltbild interpretierbar sind, keine hinreichende Beschleunigung bieten oder nicht auf beliebige Geometrien anwendbar sind.