Kompendium für Hardwareentwickler

Sonderausgabe „Die Leiterplatte 2010“

20.04.2007 | Redakteur: Claudia Mallok

„Die Leiterplatte 2010“ ist die Fortsetzung der erfolgreichen Beitragsreihe „Die Leiterplatte 2005“, die im Jahr 2003/2004 einen Standard gesetzt hat. Wieder steht „Die Leiterplatte 2010“ für einen ganzheitlichen Ansatz Elektronik zu betrachten und zu realisieren. Von der Auswahl der Bauelemente, über das EMV-gerechte und physikalisch richtige Design bis zur Produzierbarkeit der Leiterplatte und Bestückung der Baugruppe.

Im Mittelpunkt steht diesmal die Baugruppe meltemi, eine Applikationsplattform ausgelegt für Übertragungsbandbreiten von bis zu 60 GBit/s in HDTV-Anwendungen, Bildverarbeitung oder sehr schnellen Datenmultiplexern. Ihre Merkmale sind die intensive Berücksichtigung der Signalintegrität, der schnelle Datentransfer via LVDS, eine extreme EMV-Spezifikation und die kapazitive Nutzung von Powerplanes. Die Leiterplatte zu meltemi ist ein 20-lagiger Multilayer mit einem Multi-Power-System in 50-μm-Abständen, gepluggten Vias und Kantenkontaktierung.

Experten zeigen ein Referenzdesign für stabile High-Speed-Baugruppen

In 14 Kapiteln zeigen die beteiligten Partner die Entwicklung der meltemi-Baugruppe von der Bausteinauswahl bis zum EMV-Test im Messlabor auf. Die Experten geben Entscheidungshilfen und beschreiben Alternativen, die bei einer so komplexen Herausforderung eine Erfolg versprechende Lösung für eine stabile Board-Hardware darstellen. Und weil die Autoren oft auf die Beiträge der Vorgängerserie verweisen, liefern wir die Beiträge als Grundlagen gleich mit.

Das meltemi-Projekt verdeutlicht, dass die Konstruktion einer komplexen Baugruppe eine große Herausforderung für jeden Entwickler darstellt, der die Fortschritte der Bauteiltechnologie, die Möglichkeiten der Leiterplattenproduktion und Layoutgestaltung am CAD-System zusammenführen muss. Das Projekt zeigt auch, dass nur die gemeinsame, partnerschaftliche Herangehensweise an ein progressives Projekt, also die Berücksichtigung aller Anforderungen der eingebundenen Fachbereiche, zu einer ganzheitlich funktional optimierten Baugruppe führt.

Im zweiten Teil des meltemi-Projektes ist die Hardware-Referenzplattform „meltemi economic“ entstanden – ein 6-Lagen-Multilayer mit 32-Bit-Single-Chip-Mikrocontroller. Flexible I/O-Struktur und frei programmierbare Hardwarebeschleuniger oder reprogrammierbare Logik (Spartan-3-FPGA) runden das Einsatzgebiet nach oben hin ab und verlängern die Lebensdauer der Hardware.

Um die sichere Funktion der Baugruppe zu gewährleisten, galt es u.a. folgende Aufgaben zu lösen: vier Stromversorgungssysteme breitbandig entkoppeln, d.h. es bleiben gerade mal zwei Signallagen für die Entflechtung, Aufteilung in zwei symmetrische, innen liegende Stromversorgungslagen mit den beiden Signalleitungslagen jeweils außen. Sämtliche Spannungs-Pins sowohl der ARM7-CPU, als auch des Spartan-3-FPGAs sind einzeln durch Drosseln mit entsprechenden ohmschen Anteilen entkoppelt. Weitere Anforderungen sind impedanzdefinierte Signalleitungen, Kondensatorgruppen, Kantenkontaktierung und Kantenkondensatoren.

Die Autoren der Beiträge

Aus der Herangehensweise haben die Experten Konstruktionsregeln und Handlungsstrategien für künftige Schaltungen abgeleitet. Die Autoren der Beisträge sind:

Gerhard Eigelsreiter – Gerhard Eigelsreiter ist Inhaber der Firma unit^el, Spezialist für High-Speed-Embedded-Systeme mit Schwerpunkt reprogrammierbare Logik und EMV-gerechtes Leiterplattendesign, in Graz/Österreich.

Nils Dirks – Nils Dirks, Inhaber von Dirks Corporate Consulting in München, ist in den Bereichen EMV-Schulung, Beratung und Software tätig.

Prof. Christian Dirks – Prof. Christian Dirks ist in der EMV-Forschung tätig.

Dr. Dipl.-Ing. Helmut Keller – Dipl.-Ing. Dr. Helmut Keller ist Professor für Embedded Systems und digitale Signalverarbeitung am TGM in Wien.

Thomas Thun – Ing. Mag. Thomas Thun ist stellv. Leiter der Versuchsanstalt TGM – staatl. Versuchsanstalt für Elektrotechnik und Elektronik in Wien

Arnold Wiemers – Arnold Wiemers, IPC zertifizierter CID, CID+ und Instructor zeichnet als Geschäftsführer für den Bereich CAD-Layouts bei der Ilfa Feinstleitertechnik GmbH in Hannover verantwortlich für CAD, CAM, technische Auftragsvorbereitung und Softwareentwicklung sowie die technische Dokumentation

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ELEKTRONIKPRAXIS stellt die deutsch- und englischsprachige Sonderausgabe interessierten Entwicklern kostenlos zur Verfügung. Um die Sonderausgabe anzufordern, benutzen Sie bitte den untenstehenden Link.

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