Effizientes Breitband-Netzwerkmodell zur Simulation von Spannungsversorgungsstrukturen auf Leiterplatten

Abstract

Ein neuartiges, effizientes und stabiles Netzwerkmodell zur Simulation von Parallelplattenstrukturen beliebiger Geometrie wurde entwickelt. Es basiert auf einer neuen, schnell konvergierenden Lösung für die Impedanzparameter. Das Netzwerk beinhaltet die Plattenkapazität, die statischen Eigen- und Gegeninduktivitäten sowie modale Schwingkreise, deren Anzahl über die erforderliche Frequenzbandbreite abgeschätzt werden kann. Zur Berechnung der Netzwerkelemente dient ein neuartiger numerischer Finite-Differenzen-Ansatz, der mit einer homogenen Vernetzung auskommt, die lediglich an die kürzeste zu betrachtende Wellenlänge anzupassen ist. Für eine gegebene Plattengeometrie kann damit eine beliebige Anzahl und Anordnung der Ports ohne Neuvernetzung analysiert werden. Zeit- und Frequenzbereichsrechnungen können mit herkömmlicher Schaltungssimulation bei beliebiger Beschaltung durchgeführt werden (linear/nichtlinear, aktiv/passiv). Die Validierung des vorgestellten Netzwerkmodells mittels 3D-Vollwellensimulation zeigt eine sehr gute Übereinstimmung, bei erheblich geringerem Modellierungs- und Rechenaufwand. Damit eignet sich der entwickelte Netzwerkmodell besonders gut für die praktische Anwendung, wie z.B. zur Optimierung von Spannungsversorgungslagen auf mehrlagigen Leiterplatten.