Transcript RAVIOLI MIT SPARGELRAGOUT

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MESS- UND PRÜFTECHNIK
EMV-SIMULATIONS-SOFTWARE
www.polyscope.ch
Die Software erkennt und lokalisiert die häufigsten und schwerwiegendsten Ursachen für Störungen durch elektromagnetische Felder
EMV- Check i m vi rtuel l e n Raum
Keine Experten mehr nötig
Elektromagnetische Verträglichkeit lässt sich nur in der Messkammer mit fertigen Prototypen
endgültig prüfen. Diese Prüfung ist zeit- und kostenintensiv. Es gibt verschiedene Ansätze, die Kosten
für wiederholte Prüfungen durch frühzeitige Simulation während der Designphase zu vermeiden.
FlowCAD bietet Lösungen für Experten und durchschnittlich versierte PCB-Designer.
Die EMV-Thematik ist sehr komplex, und
eine komplette Simulation mit 3D-Field-Solvern über das gesamte Design ist heute in
keiner akzeptablen Zeit möglich. Daher gehen Experten her und simulieren nur die
kritischen Stellen wie das Power- und
Ground-System oder einzelne kritische Leitungen, um typische Ursachen für Ein- und
Abstrahlung zu vermeiden. Ihre Erkenntnisse aus der gezielten Simulation geben die
EMV-Spezialisten in Form von Designregeln
an die PCB-Designer weiter. FlowCAD bietet
jetzt neben der EMV-Simulations-Software
PCBMod für Experten einen weiteren Lösungsansatz für den durchschnittlich versierten PCB-Designer.
Beim Scannen werden verschiedene
Designregeln überprüft
Mit der regelbasierenden Software EMBoardCheck wird das geroutete Leiterplattendesign
als Datensatz aus dem PCB-Layout-Tool eingelesen und quasi im virtuellen Raum
gescannt. Bei diesem Scannen werden verschiedene Designregeln auf allen Lagen, Netzen bzw. Leitungen überprüft. Dabei können
Designdaten aus Softwarepaketen folgender Hersteller eingelesen werden: Altium,
Cadence, Mentor, OrCAD und Zuken.
Entwickelt wurde das Tool EMBoardCheck
von SimLab in Zusammenarbeit mit IBM. SimLab verfügt über das Know-how der Schnittstellen, die verschiedensten PCB-Datenfor-
mate einzulesen. IBM hat über Jahre hinweg
mit eigenen Experten in aufwendigen Messungen und an verschiedensten Designs EMVProbleme untersucht und die Ergebnisse in
Unnötige EMV-Messungen
vermeiden
allgemeingültige Designregeln übertragen. Anschliessend wurden kritische Designs mit den
Designregeln und die Ergebnisse der Simulation in der Messkammer durch Messreihen
überprüft. So ist eine Software entstanden, die
die häufigsten und schwerwiegendsten UrsaPolyscope 12/08
EMV-SIMULATIONS-SOFTWARE
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MESS- UND PRÜFTECHNIK
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Ein EMV-Fehler, da der
Kondensator zu weit vom
Signal entfernt die
Split-Plane überbrückt
chen für Störungen durch elektromagnetische
Felder erkennt und lokalisiert.
Layouter erhält Lösungsvorschlag
Das Ergebnis ist eine allgemeine Software, die
nicht von Experten bedient werden muss,
sondern den PCB-Designer in die Lage versetzt, seine Designs im Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit hin zu prüfen.
Als Resultat erhält der Layouter eine Liste,
die konkret den Fehler beschreibt und einen
Lösungsvorschlag unterbreitet. Wo sich der
Fehler im Design befindet, wird dem Layouter
im integrierten Viewer angezeigt. Im Fokus
der Entwicklung von EMBoardCheck stand
immer, dass ein Anwender ohne spezielle
Vorkenntnisse sicher die EMV-Ursachen seines Designs findet und frühzeitig Änderungen
im Design vornehmen kann, damit unnötige
EMV-Messungen und Re-Designs vermieden
werden können.
Regelbasierende Fehlersuche
Zur Abstrahlung oder Kopplung von elektromagnetischen Feldern kommt es, wenn gewisse geometrische Regeln verletzt werden.
So durchsucht beispielsweise EMBoardCheck den Rückstrompfad des Designs. Jedes elektrische Signal hat einen elektrischen
Hinweg, der meist durch die Leiterbahn vorgegeben
wird,
aber
auch
einen
Rück(strom)weg, der meist über die Powerund Ground-Lagen erfolgt. Der Rückstrom
nimmt immer den Weg des geringsten Widerstands, also bei höheren Frequenzen den
Weg der geringsten Impedanz. EMBoardCheck überprüft, wo dieser Rückweg unterbrochen ist, z.B. durch eine geteilte Kupferfläche (Split-Plane). Wenn der Rückweg
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geometrisch nicht dem Signalweg folgen
kann, kommt es zu einer Umleitung des
Rückstroms.
Abhängig von der Grösse der Fläche, die
diese Umleitung des Rückstroms umschliesst,
bildet sich eine Antenne aus und strahlt somit Störungen ab, bzw. Störungen von aussen können über diese Antenne empfangen
werden. Die Software ist so intelligent, dass
sie erkennt, wenn diese Trennung der Kupferflächen auf den Versorgungslagen mit einem
oder mehreren Kondensatoren für hohe Frequenzen kurzgeschlossen ist und so eine Brücke mit niedriger Impedanz über den Trenngraben für den Rückstrom bereit steht und es
zu keiner Umleitung kommt.
EMV-Schwachstellen
frühzeitig lokalisieren
Beim Regelverstoss wird betreffende
Durchkontaktierung angezeigt
Eine weitere Regel sucht nach Netzen, die im
Design ihre Signallage und Bezugsebene für
den Rückstrom wechseln. Wenig Abstrahlung erhält man, wenn nur die Signallage
von oberhalb zu unterhalb der gleichen Bezugsebene gewechselt wird. In diesem Fall
würde der Rückstrom in der gleichen Lage
weiterfliessen können. Werden aber Signallage und gleichzeitig die Bezugsebene gewechselt, muss der Rückstrompfad sichergestellt werden. Durch einen Kondensator nahe
des Umsteigers wird vermieden, dass der
Rückstrom eine Umleitung nehmen muss
und eine Schleife ausbildet. Diese Regel muss
dazu einen Lagewechsel im Bereich der
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EMV-SIMULATIONS-SOFTWARE
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Bei Lagenwechsel mit Wechsel der Bezugsebene ist der Rückstromweg sicherzustellen
Escape-Vias unter einem BGA erkennen und
erlauben, da hier der Rückstrom nicht über
einen Kondensator fliesst, sondern durch
das BGA. Wenn es zu einem Verstoss gegen
diese Regel kommt, wird die Durchkontaktierung angezeigt, an der der Lagenwechsel
stattgefunden hat.
Bei höheren Taktfrequenzen gilt es, die
Länge der Leitungen auf der Aussenlage zu
reduzieren. Hier werden Werte für maximale sichtbare Leitungslängen von kritischen
Leitungen geprüft und gegebenenfalls die zu
langen Leitungen angezeigt.
Zu lange Leitungen werden
angezeigt
Abblockkondensator hat nur
beschränkten Wirkungskreis
Eine weitere Regel ist in den meisten professionellen PCB-Layout-Tools in höheren Ausbaustufen enthalten. Wenn der Anwender
aber nur über die Basisversion oder über eine
einfache Software verfügt, kann er mit EMBoardCheck kostengünstig ohne viel Einarbeitungszeit solche speziellen EMV-Regeln prüfen. Hier wäre als Beispiel der maximale
Abstand eines Abblockkondensators zu einem
Anschlusspin der Versorgungsspannung zu
nennen. Da ein Abblockkondensator nur einen beschränkten Wirkungskreis hat, darf der
Abstand zu dem zu entkoppelnden Pin nicht
überschritten werden, da der Kondensator
sonst nutzlos ist und gleich weggelassen werden kann. Bei dieser Regelverletzung wird der
Kondensator mit seinem Abstandwert in der
Fehlerliste angezeigt.
Als letzte Regel soll hier beschrieben werden, dass eine Leitung nicht zu nah an den
Rand ihrer Bezugsebene kommen darf. In diesem Fall würde sich die Impedanz der Leitung
verändern und es kann zu Signalreflexionen
auf der Leitung an diesen Impedanzdiskontinuitäten kommen.
Anwender bekommt kritische Stellen
im Design visualisiert
Der Anwender kann gezielt diverse Regeln
prüfen, wird über eine Fehlerliste von Fehler
zu Fehler geführt und bekommt die kritischen
Stellen im Design visualisiert. Durch Ändern
der Bauteilposition bzw. der Leiterbahnführung lassen sich EMV-Probleme frühzeitig in
der Designphase vermeiden und müssen
nicht durch Schirmung oder Filterung nachträglich eingedämmt werden.
Alle Designregeln im EMBoardCheck sind
vordefiniert und wurden in langwierigen
Messreihen überprüft. Jede Regel kann mit
wenigen verständlichen Parametern an die
speziellen Gegebenheiten angepasst werden,
ohne dass Expertenwissen erforderlich ist.
EMBoardCheck kann sehr leicht in den CADFlow des Kunden eingebunden werden und
hilft, die EMV-Schwachstellen frühzeitig zu
lokalisieren und zu reparieren.
Bisher wurden die Designregeln von Layoutern optisch kontrolliert, was jedoch bei
komplexeren Designs schnell unübersichtlich
und fehlerträchtig wird. Mit EMBoardCheck
lassen sich innerhalb weniger Minuten komplette Scans eines Designs im Hinblick auf die
kritischsten Verursacher von EMV-Problemen
durchführen.
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