Untersuchung der Auswirkungen von Vias auf mehrlagigen Leiterplatten

Publication date
2010
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Heinrich, Gerd
Advisor
Referee
Schuster, Christian
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2010-12-21
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Koppelmechanismus
Störausbreitung
Elektromagnetische Verträglichkeit
Modellierung
Abstract
In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von Vias auf mehrlagigen Leiterplatten untersucht. Dazu wird als Erstes die Modellierung der Leitungen, des Spannungsversorgungssystems (SVS) und der Vias diskutiert. Das Verhalten der Leitungen wird durch die Leitungstheorie in Verbindung mit analytischen Näherungslösungen zur Charakterisierung ihrer elektrischen Eigenschaften beschrieben. Zur Beschreibung des SVS werden das Hohlraumresonatormodell und die modifzierte Modalsummation verwendet. Bei der Modellierung der Vias kommen Modelle aus diskreten Elementen zum Einsatz. Dabei werden die Modellelemente mittels analytischer Näherungslösungen berechnet und mittels eines Optimierungsalgorithmus aus den Referenzdaten von Messungen mit einem Netzwerkanalysator und 3D-Feldsimulationen extrahiert. Anschließend wird mit einer Kombination dieser Modellierungen der Ein uss des Vias auf die Signalausbreitung zwischen den Lagen und dieWechselwirkung zwischen dem Via und dem SVS untersucht. Dabei werden die Modellvorhersagen mit den Ergebnissen von Messungen und 3D-Feldsimulationen verglichen. Der Ein uss der Diskontinuitäat in der Signalausbreitung aufgrund des Vias auf die Re exion an den angeschlossenen Leitungen und die Signalverzögerung entlang des Vias werden untersucht. Im SVS angeregte Hohlraummoden zwischen den Lagen koppeln über das Via in die Signallagen ein. Weiterhin werden aufgrund des Signalrückstromes in der Nähe des Vias neue Hohlraummoden im SVS angeregt. Um diese unerwünschten Auswirkungen von Vias zu vermeiden, sollten Entwurfs-Regeln beachtet werden. Es werden Regeln für die Wahl der geometrischen Parameter und die Positionierung des Vias aus den Näherungslösungen zur Beschrei bung der physikalischen Vorgänge und den vorherigen Untersuchungen an den Vias abgeleitet und anschließend mit 3D-Feldsimulationen untersucht. Schließlich wird der Einfluss von Ground-Vias auf die Signalausbreitung, die Kopplung zum SVS und die Kopplung zwischen zwei Vias untersucht.
Version
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