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EM-Verträglichkeit simulieren

Werkzeuge zur Simulation von Signalintegrität und elektromagnetischer Verträglichkeit

5. Juli 2011, 14:25 Uhr | Von Ralf Brüning

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Fortsetzung des Artikels von Teil 6

Optimiertes Versorgungskonzept und Einsparung von Abblockkondensatoren

Für eine abschließende Bewertung des Simulationsansatzes wurde ein Re-Design des Steuergeräts vorgenommen, um die erarbeiteten Verbesserungsmöglichkeiten zu untersuchen, u.a. an den Versorgungssystemen. Die Flächen unter den beiden Controllern wurden nun fast vollständig für die 1,5-V-Spannung verwendet. Diese dient als Versorgungsspannung für die Rechnerkerne, d.h., hier wird der höchste und und zudem hochfrequenter Strom benötigt. Die Flächen werden von den um die PowerPCs angeordneten Kondensatoren stabilisiert. Um deren Induktivität möglichst klein zu halten, wurden sie soweit möglich mit zwei Vias an die Versorgungslagen angebunden. Bei den beiden PowerPCs wurden die Vias direkt unter den einzelnen Pins angebracht; durch diese Maßnahme sollte die Induktivität weiter verringert werden.

Im Zuge der Änderungen wurden von ursprünglich 76 Abblockkondensatoren 31 entfernt. Im Bereich der 5-V-Versorgung wurden zwei Kondensatoren entfernt, an der 3,3-V-Versorgung wurden 26 Kondensatoren etwa gleichmäßig an beiden Prozessoren entfernt. An der 1,5-V-Versorgung, an der die größten Änderungen durchgeführt wurden, wurden drei Kondensatoren entfernt. Neben den direkten Kostenvorteilen durch die eingesparten Bauteile wird zudem der Bestückungsaufwand der Platine deutlich reduziert.

Die überarbeitete Platine wurde dann hinsichtlich der Integrität des Versorgungssystems simuliert (Bild 6).

Als Vorgabe aus den Datenblättern der IC-Hersteller ergab sich für die 1,5-V-Versorgung eine maximale Impedanz von 429 mΩ. Da der PowerPC über 14 Pins an die 1,5-V-Spannung angeschlossen ist, diese also parallel geschaltet sind, kann die Impedanz eines einzelnen Pins deutlich höher liegen. Für die neue 1,5-V-Versorgung zeigte sich, dass die Impedanzen am PowerPC vor allem im Bereich unter 200 MHz deutlich abgesunken waren. Die Gesamtimpedanz des IC übersteigt erst ab etwa 300 MHz die berechneten 429 mΩ. Am zweiten PowerPC zeigt sich ein nahezu perfekter Impedanzverlauf, der über den kompletten Frequenzbereich sehr niedrige Werte zeigt. Hier wirkt sich positiv aus, dass unter dem IC die Anbindung durch weniger Signalleitungen und somit flächiger ausgeführt werden konnte.

Die Funktionsprüfung der überarbeiteten Platine zeigte, dass die vorgenommenen Änderungen keinen negativen Einfluss auf die Funktionstüchtigkeit ausüben. Trotz der eingesparten Kondensatoren arbeitet die Platine fehlerfrei. Die Simulationsergebnisse der Software konnten somit bestätigt werden.