Verringerung der Abstrahlung von Leiterplatten durch optimierte leitungsbasierte Spannungsversorgung

Abstract

Aufgrund der weiten Verbreitung elektronischer Komponenten in modernen technischen Systemen ist die Abstrahlung von Leiterplatten ein Aspekt der EMV, der in vielfältigen Anwendungsgebieten eine Rolle spielt – von klassischen Einsatzbereichen in Computern und Servern bis hin zu komplexen Systemen wie Autos und Flugzeugen. Abhängig vom jeweiligen System können Standardmaßnahmen zur Reduzierung der Abstrahlung – insbesondere eine zusätzliche Abschirmung – aus Kostenoder Gewichtsgründen nicht oder nur eingeschränkt durchgeführt werden. Aus diesem Grund ist es von großer Wichtigkeit, den Aspekt der Abstrahlung von Leiterplatten im Entwurf und in der Analyse elektronischer Komponenten von Beginn an mit zu berücksichtigen. Gleichzeitig führt gerade der technologische Fortschritt, der die weite Verbreitung elektronischer Komponenten ermöglicht hat, zu neuen Herausforderungen. Ein Beispiel dafür ist die kontinuierlich abnehmende Strukturgröße in der CMOS-Technologie, die immer höhere Anforderungen an die Spannungsversorgung stellt [1], wie in Abschnitt 2 ausführlicher diskutiert. Aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit lassen sich die Herausforderungen im Entwurf elektronischer Systeme in drei Hauptgebiete einteilen: Powerintegrität (PI), Signalintegrität (SI) sowie die Wechselwirkung mit anderen Systemen durch abgestrahlte oder leitungsgebundene Störungen (englisch: EMI). Obwohl sich diese drei Teilgebiete sowohl in ihren Zielsetzungen als auch in den jeweils angewandten Methoden unterscheiden, sind sie eng miteinander verbunden. Maßnahmen, die getroffen werden, um das Systemverhalten in einem der Bereiche zu verbessern, werden sich typischerweise auch auf die anderen beiden Bereiche – positiv oder negativ – auswirken. Aus diesem Grund sollten Powerintegrität, Signalintegrität und EMI stets gemeinsam analysiert werden und Lösungen gefunden werden, die das Systemverhalten möglichst in allen drei Bereichen verbessern. Der vorliegende Beitrag soll ein Beispiel für eine solche kombinierte Betrachtung der drei Bereiche der elektromagnetischen Verträglichkeit liefern. Der Beitrag ist folgendermaßen strukturiert: Abschnitt 2 beschreibt die bereits erwähnten Herausforderungen im Hinblick auf die Spannungsversorgung moderner elektronischer Systeme. Abschnitt 3 stellt das Konzept einer leitungsbasierten Spannungsversorgung als möglichen Lösungsansatz vor. In Abschnitt 4 wird eine Analyse durchgeführt, die die Eigenschaften einer Teststruktur mit leitungsbasierter Spannungsversorgung mit denen einer Teststruktur mit konventioneller Spannungsversorgung vergleicht und Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Versorgungsspannung, Signalqualität und Abstrahlung der Leiterplatte erlaubt.