Ein Wechselspiel aus Analog- und Feldsimulation

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CADFEM Germany GmbH

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Einfluss von parasitären Effekten

Diese Bestandteile sind wichtig für eine realistische Bewertung der Signalintegrität und der Emissionen: Gute Treibermodelle stellen dar, wie beim Schalten eines digitalen Signals die aktuellen Spannungen der Power- und Ground-Netze verwendet werden, um entsprechende physikalische Signale zu generieren. Damit lassen sich auch die parasitären Eigenschaften des Package und die Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz berücksichtigen. (Bild 3) Hier kommen die Themen der Versorgungsintegrität wieder ins Spiel, da Resonanzen des Versorgungssystems angeregt werden können, die wiederum Signale und Emissionen beeinflussen (Bild 4).

Weitere Effekte entstehen etwa dadurch, dass Signalleitungen über einen Schlitz in den Power- oder Ground-Netzen geführt werden oder durch Via-Durchführungen. Hier ergeben sich Unstetigkeiten in der Impedanz der Übertragungsstrecke, die zu Reflexionen, Übersprechen und Abstrahlung führen. Das kann auch mit der Antennentheorie erklärt werden, etwa als Schlitzantenne oder Apertur-Kopplung im Fall von geschlitzten Ebenen oder als λ/4 Resonator bei Via-Stubs.

Umfassende und effiziente Simulationslösung

Wie hier dargestellt besteht ein enges Zusammenspiel zwischen Versorgungsintegrität, Signalintegrität und elektromagnetischer Verträglichkeit. Die ANSYS Electromagnetics Suite bietet mit SIwave und dem ANSYS Electronics Desktop eine umfassende und effiziente Simulationslösung, um diese Fragestellungen unter Berücksichtigung aller wichtigen Einflüsse und Koppelmechanismen zu untersuchen. Auf diese Weise lässt sich schon mit virtuellen Prototypen eine sehr hohe Sicherheit bezüglich des Produktverhaltens erlangen.

In dieser Artikelserie wurde dies anhand vielfältiger Beispiele illustriert, von Schirmmaßnahmen, die feldgebundene Koppelwege unterbinden, über die leitungsgebundene Störungen bis hin zur Abstrahlung in der Digitalelektronik. Hier konnte keine umfassende Darstellung der Möglichkeiten zur EMV-Berechnung gegeben werden, es wurden nur einige Aspekte beispielhaft näher beleuchtet. Das ANSYS Portfolio erlaubt zudem auch effiziente Berechnungen der:

• Störempfindlichkeit gegenüber leitungsgebundenen und eingestrahlten Störungen, dies ist zum Beispiel in der Analogelektronik sehr wichtig, da Sensoren nicht durch andere elektronische Baugruppen beeinflusst werden sollen,

• Interferenzen verschiedener Antennen, die in einer gemeinsamen Umgebung platziert sind (Cosite-Interferenzen),

• schnellen transienten Störungen wie elektrostatische Entladungen (ESD), Burst und Surge Pulse und deren Ausbreitung in elektronischen Baugruppen.

Bei all diesen EMV-Themen liefert die Simulation ein tiefergehendes Verständnis für die jeweiligen Koppelmechanismen und erlaubt somit, gezielte Gegenmaßnahmen zu treffen. Dies erspart langwierige Entwicklungsschleifen mit schwieriger Spurensuche aufgrund von Messergebnissen aus der Messkammer oder die Durchführung überdimensionierter Gegenmaßnamen.

* Christian Römelsberger ist Experte im Bereich der hochfrequenten elektromagnetischen Simulation bei CADFEM.

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