Forschung
Forschungsthemen
Elektromagnetische Modellierung elektronischer Verbindungsstrukturen
Angesichts sehr hoher Verarbeitungsgeschwindigkeiten in elektronischen Systemen sind notwendige Verbindungsstrukturen zwischen Bauelementen, Modulen, Kühlkörper, etc. häufig Ursache für die Beeinträchtigung der Übertragungseigenschaften (signal integrity) oder der Versorgungsspannung (power integrity), wie z.B. auf Multilayer-Leiterplatten (PCB). Ein weiterer Störeffekt ist die parasitäre elektromagnetische Abstrahlung, die die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Systems mitunter bestimmt. Zur Beschreibung des elektromagnetischen Verhaltens typischer Verbindungsstrukturen sollen geeignete analytische und numerische Modelle entwickelt werden. Hierbei spielen kapazitive wie induktive Koppelparameter eine wesentliche Rolle.
Poster:
Exact Analytical Solution for the Via-Plate Capacitance in Multiple-Layer Structures
Efficient 2-D Integral Equation Approach for the Analysis of Power Bus Structures With Arbitrary Shape
Inductive Network Model for the Radiation Analysis of Electrically Small Parallel-Plate Structures
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EMV-Analyse komplexer Systeme
Die effiziente Simulation eines elekronischen Systems erfordert die gleichzeitige Beschreibung auf mehreren unterschiedlichen Ebenen (Feld- Netzwerk-, Systemtheorie). Heutige Rechenmethoden sind zwar ausgereift, allerdings auf einzelne Bechreibungsebenen begrenzt. Deshalb ist die Entwicklung neuartiger Verfahren, die eine vollständige elektromagnetische Systemanalyse erlauben, von großem praktischem Interesse. Durch Integration verschiedener Berechnungsansätze (Hybridisierung) auf Feld-, Leitungs- und Bauelement-Ebene, soll eine Gesamtsimulation auf Netzwerkebene erfolgen. Hierfür sind die theoretischen Grundlagen für die erforderlichen Segmentierungs- und Makromodellierungsmethoden zu schaffen.
Analyse ungleichförmiger Mehrfachleitungsstrukturen durch das modale Systemverhalten
Das Hochfrequenzverhalten von Übertragungsleitungen spielt für die Signal- und Versorgungsintegrität elektronischer Systeme eine wichtige Rolle. Beispiele findet man hierfür sowohl auf Leiterplattenebene als auch in ausgedehnten Energieübertragungssystemen. Im Gegensatz zu den gängigen Leitungsmodellen kann durch das am Lehrstuhl entwickelte und SPICE-kompatible modale Netzwerkmodell das Torverhalten auch unter Einbeziehung praktisch relevanter Einflussfaktoren (Übersprechen, ungleichförmige Leitungsführung, Dispersion und Skin-Effekt) für eine beliebige Beschaltung (aktiv/passiv, linear/nichtlinear) im Zeit- und Frequenzbereich simuliert werden. Darüber hinaus bietet das modale Systemverhalten direkten Zugang zu weiterführenden Analyseverfahren, wie z.B. eine Sensitivitäts- oder Abstrahlungsanalyse.
Beispiel: Analyse eines Mikrostreifenleitungspaares:
Modale Netzwerksynthese elektronischer Verbindungsstrukturen in resonanten Metallgehäusen
Hohe Schaltfrequenzen von elektronischen Komponenten, die in Metallgehäusen untergebracht sind, führen zur Anregung von Hohlraummoden. Neben der Beeinflussung der Komponenten untereinander müssen zusätzlich eingestrahlte und abgestrahlte Felder durch Öffnungen in der Gehäusewand berücksichtigt werden. Eine Analyse dieser komplexen Systeme, insbesondere im Zeitbereich mit nichtlinearen, bzw. aktiven Portabschlüssen, stellt eine enorme Herausforderung für die Messtechnik oder numerische Simulation dar. Mithilfe eines modalen Netzwerkmodells kann das System vollständig beschrieben werden und sehr effizient im Frequenz- und Zeitbereich mit beliebigen Portabschlüssen analysiert werden.
Messung komplexer Aufbau- und Verbindungsstrukturen in resonanten Metallgehäusen
Elektronische Komponenten, die im GHz-Bereich arbeiten, sind häufig in metallischen Gehäusen untergebracht. Liegt die Wellenlänge in der Größenordnung der Gehäuseabmessungen, muss die Kopplung der Komponenten über die Hohlraummoden berücksichtigt werden. Mithilfe eines Messaufbaus können die Kopplungen von komplexen Verbindungsnetzwerken und der Einfluss von Aufbauten innerhalb des Gehäuses breitbandig untersucht werden. Aufgrund des einfachen Aufbaus können sehr effizient Referenzergebnisse zur Validierung von Systemmodellen generiert werden.
Nahfeld Störfestigkeitsanalyse auf Leiterplatten- und IC-Ebene
In Umkehrung der Nahfeld-Emissionsmesstechnik eröffnen sich mit Auflösungen im Millimeterbereich und darunter ganz neue Möglichkeiten der Störempfindlichkeitsanalyse auf Baugruppen bis hin zu einzelnen integrierten Schaltungen (ICs). Die Einkopplung in Leitungsstrukturen im Nahbereich von Störquellen soll theoretisch und messtechnisch untersucht werden, um zentrale Fragen wie die Korrelation zur Fernfeldbeeinflussung zu klären. Daraus sollen die theoretischen Grundlagen für ein Nahfeld-Störfestigkeitsprüfverfahren erarbeitet und ihre praktische Umsetzung erprobt werden. Als Ergebnis sollen die Möglichkeiten und Grenzen von Nahfeld-Prüfverfahren in Ergänzung zu etablierten Methoden aufgezeigt werden.
