Multiport-Netzwerkanalyse-Messsystem
Final Report Abstract
Das Messsystem wurde in erster Linie für die hochfrequenzmäßige Charakterisierung von Verbindungsstrukturen in elektronischen Systemen eingesetzt. Angesichts der stetig ansteigenden Datenraten bis weit in den Gbit/s-Bereich ist das Signal-Übertragungsverhalten von vertikalen Verbindungen (Vias) in Multilayer-Baugruppen von entscheidender Bedeutung für die Funktion des Systems (Signal Integrity). Durch hochfrequente Störströme und Störspannungen finden zudem unerwünschte Verkopplungen statt, die die Funktion des Systems zusätzlich beeinträchtigen können. Über Reflexions- und Transmissionsmessungen, die mit dem Messsystem an Testobjekten durchgeführt wurden, konnten die frequenzabhängigen Übertragung- und Koppelgrößen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Die Qualität der gewonnenen Daten ist dabei auf vergleichbar hohem Niveau, wie die in der einschlägigen Literatur bisher veröffentlichten Resultate. Eine weitere wichtige Fragestellung, die mit dem Messsystem untersucht wurde, ist das Hochfrequenzverhalten von ausgedehnten Versorgungsstrukturen (Power Integrity), ausgeführt als dicht übereinander angeordnete Lagenpaare. Diese bilden gewissermaßen einen Hohlraumresonator, der bei Anregung mit der entsprechenden Frequenz zu unzulässig hohen Spannungsschwankungen und elektromagnetischer Abstrahlung führt. Zur Simulation solcher Strukturen wurden am Lehrstuhl geeignete Netzwerkmodelle entwickelt. Die experimentelle Validierung dieser Modelle konnte mit dem Hochfrequenz-Messplatz erstmalig bis weit in den GHz-Frequenzbereich erfolgreich durchgeführt werden. Für zahlreiche Teststrukturen wurde hierbei eine zufriedenstellende Übereinstimmung gefunden. Die mit zunehmender Frequenz auftretenden Abweichungen vom Modell zeigen, inwieweit die frequenzabhängigen Verluste der typisch verwendeten Isolationsmaterialien (z.B. FR-4) realistisch dargestellt sind. Dies wäre selbst mit aufwändigen 3D- Feldsimulationen mit Hilfe kommerzieller Software-Werkzeuge nicht ohne weiteres möglich gewesen, aufgrund der erforderlichen exakten Verlustmodelle. Die direkte Kontaktierung der untersuchten Teststrukturen mit Hilfe der 4-Tor-Prober-Station erlaubt es, S-Parameter-Messung unter weitgehendem Ausschluss parasitärer Effekte an den sehr kleinen Anschlüssen durchführen zu können. Dies ist für eine verlässliche Modellvalidierung von entscheidender Bedeutung und wird durch Kalibrierung mit Hilfe entsprechender Teststrukturen auf einem Kalibiersubstrat ermöglicht. Im Vergleich mit der konventionellen Kontaktierung mit SMA-Stecker können die so gewonnenen Messergebnisse ohne nachträgliche rechnerische Korrektur (De-embedding) direkt mit den Rechenergebnissen verglichen werden.
Publications
- Exact Analytical Solution for the Via-Plate Capacitance in Multiple-Layer Structures. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 53 (2011), Nov., Nr. 4, S. 1015 – 1024
Friedrich, M. ; Leone, M. ; Bednarz, C.
- Efficient finite-difference method with analytical port model for the analysis of power-plane applications. International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe), Rom, 2012, S. 1 – 6
Friedrich, M. ; Mantzke, A. ; Leone, M.
- Exact analytical analysis of via-coupling in multiple-layer structures. International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe), Rom, 2012, S. 1 – 5
Friedrich, M.; Leone, M.
- Efficient Equivalent Circuit Representationof Electromagnetic Bandgap Structures. International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe), Brügge, 2013 , 2013, S. 1 –5
Friedrich, M. ; Bednarz, C. ; Leone, M.
