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PCB-Signalintegrität

Wie Power Aware zuverlässig die Signalintegrität sicherstellt

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Das Post Layout mit Optimize PI optimieren

Mit Optimize PI von Cadence lässt sich die Stückliste eines bestehenden Layouts optimieren. Die Sigrity Tools importieren nicht nur OrCAD und Allegro, sondern auch PCB-Layout-Daten von anderen Herstellern. Dabei werden auf die im Layout vorhandenen Footprints neue und in der vorhandenen Stückliste neue Kombinationen von Kondensatoren platziert. Durch die Kombination der elektrischen Werte aller in der Bibliothek geeigneten Kondensatoren ergeben sich tausende von Ergebnissen. Im Vergleich zum Original-Design kann nun in unterschiedliche Richtungen optimiert werden: Impedanz, Kosten, Typvielfalt oder die Anzahl der Bauteile. Es gibt eine Vielzahl von Kombinationen, bei denen die Summe alle Kondensatoren günstiger ist als in der Original-Stückliste und gleichzeitig eine geringere Impedanz des Stromversorgungssystems aufweisen.

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Nach dem Aufsetzen des Designs sind die tausenden von Kombinationen in wenigen Minuten berechnet und stehen dem Entwickler in einer Grafik wie in Bild 13 zu Auswahl bereit. Jetzt können eine neue Stückliste ausgewählt und detaillierte Plots (wie in Bild 2 bis Bild 8 zu sehen ist) erzeugt werden. So lassen sich bestehende Leiterplatten und fertige Designs optimieren.

Durch Vergleiche des Spannungsabfalls über das Spektrum der Anstiegszeiten sind gezielt Bestückungen wählbar, die in einem kritischen Frequenzbereich optimale Ergebnisse liefern und damit das ganze Design auch weniger anfällig für Störungen machen. Dies ist interessant für FCC- oder andere EMV-Prüfungen, in denen Störungen bzw. Empfindlichkeiten einer bestehenden Schaltung bekannt sind. In einem weiteren Schritt ist es möglich, ein Layout hinsichtlich EMV zu optimieren. Hierzu sind aber zusätzliche Kondensatoren speziell zur Entstörung im Design zu platzieren. Die sogenannten EMI Caps (Electro-Magnetic Immission Capacitors) verändern das Abstrahlverhalten der Schaltung. Beispielsweise wurden zwei EMI Caps mit je 100 nF an den vom Tool vorgeschlagenen Koordinaten platziert, was das E-Feld um 44 dB verbessert hat. Auch im Nah-Feld zeigt sich eine deutliche Verbesserung von 63 dBV/mHz auf 44 dBV/mHz.

Durch gleichzeitiges Schalten mehrerer Treiber an einem Bauteil bricht die lokale Spannung am Treiber-IC ein und es kommt zu einem SSO Push-Out-Effekt (SSO = Simultaneous Switching Output) bei dem die Signalflanke flacher wird und das Signal später beim Empfänger ankommt. Differentielle Signale funktionieren nur dann, wenn die beiden Signale möglichst eng und in Phase übertragen werden. Nur dann können sich Störungen durch überlagerte Felder auslöschen. Wenn die Signale nicht mehr eng oder in Phase geroutet sind werden die Signale entkoppelt und Störungen nehmen exponentiell zu. In Bild 17 ist für einzelne Signale durch farbliche Einfärbung leicht zu sehen, wo und wie viel die Signale entkoppelt sind. So lassen sich gezielt Bumps in einem Signal einbringen, um den Phasenversatz zu korrigieren.

* Dirk Müller ist Geschäftsführer der FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH, Feldkirchen.

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