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3-2022

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV/EMC 3D Solver

EMV/EMC 3D Solver Voroni-Diagramme zur Analyse und Aufteilung des Layouts in nicht überlappende Bereiche. Dann können beliebig große Kreise eingefügt werden, und diese können als lokale Annäherungen an den Abstand herangezogen werden. Die lokale Breite wird auf ähnliche Weise mit Kreisen im Leiter berechnet. Bild 2 zeigt ein Beispiel (nur die Abstandskreise). Bild 4: Simulierte und gemessene Abstimmkurve des VCOs Indem ICs mehr als nur planar sind, haben sie andere Vorteile, die zur Optimierung der Berechnung genutzt werden können: • Layouts sind sehr regelmäßig und Teile werden oft wiederholt (z.B. über Arrays) • mit konstanter Breite zu sein, und der Abstand zwischen benachbarten Leitern ist oft konstant. • Das Routing erfolgt fast immer entweder horizontal, vertikal oder bei 45° Als Beispiel für die Regelmäßigkeit, die der EMX Planar 3D Solver ausnutzt, zeigt Bild 1 ein Drahtgitter mit isomorphen Formen (farbig). Der EMX Planar 3D Solver nutzt diese Regelmäßigkeit, um wiederholte Berechnungen zu vermeiden und die Laufzeit und den Speicherbedarf zu reduzieren. So beschleunigt sich die großangelegte EMV- Simulation von ICs ohne Kompromisse bei der Genauigkeit. Auf einem IC ist jedoch nicht alles perfekt. Das größte Problem ist die Variabilität während der Herstellung. Auch in einigen anderen schwierigen Bereichen ist Aufmerksamkeit geboten: • Um IC Layouts genau zu modellieren, ist es wichtig, den Skin-Effekt und die Seitenwandkapazitäten korrekt zu simulieren. • Für MoM-Kondensatoren ist eine 2,5D-Approximation mit dünnen Leitern nicht ausreichend, so dass der EMX Planar 3D Solver hier ein Volumenintegral, das Leiterbahnen und Durchkontaktierungen als 3D-Objekte behandelt, verwendet. • Der EMX Planar 3D Solver verwendet eine spezielle Darstellung der Vektorpotential- Wechselwirkungen (normalerweise der rechenintensivste Teil der Simulation), und diese Darstellung ermöglicht die Berechnung der Vektorpotential-Wechselwirkungen zu ungefähr den gleichen Kosten wie die skalaren Wechselwirkungen. Abweichungen in den Griff bekommen Fortschrittliche Halbleiterprozesse sind nicht ganz perfekt, da es von Wafer zu Wafer und sogar von Chip zu Chip Unterschiede gibt. Breite, Dicke und Widerstand einer Leitung variieren statistisch und können auch durch die umgebende Verdrahtung beeinflusst werden. Dies gilt insbesondere unterhalb von etwa 28 nm, wo eine optische Proximity- Korrektur (OPC) erforderlich ist, da die Merkmalsgrößen kleiner als das 193-nm-Licht ist, das für die Lithographie verwendet wird. Dies gilt noch mehr bei 16 nm und darunter, wo Mehrfachmusterung auf einigen Schichten erforderlich wird. Einige Faktoren, wie z.B. der Schichtwiderstand, können erheblich von ihrem Nennwert abweichen. Diese großen Variationen können die EM-Leistung beeinflussen, und daher ist es wichtig, sie bei der Simulation und Modellierung zu berücksichtigen. Informationen über Musterabhängigkeiten, normalerweise in Form von tabellarischen Daten, modifizieren im EMX Planar 3D Solver das eingegebene gezeichnete Layout automatisch. So lassen sich die Strukturen, die tatsächlich hergestellt werden, genau modellieren. Für einfache Layouts, wie z.B. mehrere parallele Leiter, haben Begriffe wie Breite und Abstand eine offensichtliche Bedeutung. Aber der EMX Planar 3D Solver muss komplexere Layouts mit ungleichmäßigen Strukturen bewältigen; dabei werden nur Tabellen verwendet, die nach Breite und Abstand indiziert sind. Daher verwendet der EMX Planar Ein Beispiel Lassen Sie uns als Beispiel den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der gleich zu Beginn dieses Beitrags als Beispiel erschien, heranziehen, um die Art von Struktur, die der EMX Planar 3D Solver analysieren kann, aufzuzeigen. Bild 3 zeigt den VCO, der in einem sechsschichtigen 90-nm-CMOS- Prozess hergestellt wurde. Es besteht aus einer Induktivität und einer Bank von 66 MoM-Kondensatoren, die zum Abstimmen schaltbar sind. Die Induktivität ist klein genug, um parasitäre Kopplung zwischen der Induktivität und der Verbindung und die Details, wie die Kondensatoren eingebracht sind, zu berücksichtigen. Tatsächlich konnte ein Block-für- Block-Modell das Verhalten des VCO nicht vorhersagen. Die gleichzeitige Simulation der gesamten Struktur mit dem EMX Planar 3D Solver lieferte jedoch genaue Ergebnisse. Die simulierten und gemessenen Abstimmkurven sind in Bild 4 dargestellt, wobei die rote Linie Werte zeigt, die gemessen wurden; die blaue Linie zeigt Werte, die vom EMX Planar 3D Solver berechnet wurden. Fazit Der EMX Planar 3D Solver ist mehr als zehnmal schneller als andere kommerzielle EM-Tools und der schnellste EM-Simulator für das IC-Design, basierend auf dem FMM, und bietet aufgrund der Volumenmaschenformulierung für Leiter die höchste Genauigkeit in seiner Klasse. ◄ 26 hf-praxis 3/2022

EMV/EMC Neue Anforderungen an die EMV-Verträglichkeit medizinischer Geräte Hersteller von medizinischen Geräten müssen eine Vielzahl an Normen beachten, um wesentliche Aspekte bezüglich der Sicherheit und Leistung ihrer Produkte zu erfüllen. Der internationale Standard für medizinische Geräte hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit ist die Norm IEC 60601-1-2, Ed. 4.1. Da zusätzliche potenzielle Störquellen im Anwendungsbereich von Medizinprodukten, wie z.B. in Krankenhäusern, Wohnungen etc. hinzugekommen sind, wurde nun die EMV-Norm IEC 61000-4-39 zur Prüfung von Feldern in unmittelbarer Nähe in den Standard mit aufgenommen. Die neuen IEC 60601-1-2 Setups der Schlöder GmbH können solche Testfelder erzeugen. Die Komplettsets beinhalten eine Magnetspule, eine Sensorspule, das zur Impedanz passende Anpassungsnetzwerk sowie einen entsprechenden Ständer für die Spulen. Als optimales Zusatzgerät für die Prüfung wird der HF-Generator CDG 7000-75-10 mit 10 kHz bis 250 MHz, 75 W mit integriertem Verstärker und HF-Messgerät empfohlen. In Kombination mit dem CDG 7000-75-10 lassen sich so Prüfungen der internationalen Normen (IEC 60601-1-2 ED. 4.1/ IEC 61000-4-39) zuverlässig durchführen. ■ Schlöder GmbH www.schloeder-emv.de Für EMC & More: Neue Nahfeld-Testkammer Steatites Antennenabteilung befindet sich in einem neuerrichteten Gebäude in Leominster, Herefordshire, UK. Diese Einrichtung bietet umfangreiche Unterbringungsmöglichkeiten und Einrichtungen für unsere Entwicklungs-, Fertigungs- und Testabteilungen sowie Geschäfts- und Unterstützungsdienste. Das Herzstück der Anlage ist eine hochmoderne sphärische Nahfeld- HF-Prüfkammer, welche die Messmöglichkeiten erheblich erweitert und es in vielen Fällen ermöglicht, die Bedürfnisse und Erwartungen der Kunden zu übertreffen. Die Testkammer hat eine beeindruckende Größe von 7 x 5 m und eine Höhe von 6 m. Sie eignet sich für Antennen mit kleiner Bauform (z.B. Hornantennen) bis hin zu Reflektoren mit einem Durchmesser von bis zu 3 m im Frequenzbereich von 500 MHz bis 40 GHz. Die eingesetzten Techniken ermöglichen vollständige Fernfeldmessungen, ohne dass eine große externe Testanlage erforderlich ist. Umfassende Messungen Vollständige dreidimensionale Muster können in einer einzigen Messung erfasst werden, ohne dass eine separate Einrichtung für bestimmte Musterschnitte oder Polarisationen erforderlich ist. Alle Daten, die für die Erzeugung von co-polaren, cross-polaren oder beliebigen Polarisationskomponenten und Musterschnitten im Fernfeld erforderlich sind, werden im Nahfeld erfasst. Hohe Genauigkeit Das System ist genauer als herkömmliche Fernfeldmessgeräte. Das Verarbeitungssystem transformiert die rohen Messdaten über den Standard hinaus bis ins Unendliche und entfernt so jegliche Nahfeldeinflüsse (insbesondere Nebenzipfel), die selbst im Rayleigh-Bereich bestehen bleiben können. Diagnostische Fähigkeiten Das System ist in der Lage, ein 3D-Fernfeld-Musterprofil zu erstellen und auf die abstrahlende Oberfläche der zu prüfenden Antenne zurück zu transformieren. Dadurch können Amplituden- und Phasenprofile erkannt werden, die zu Musteranomalien führen können. Möglichkeiten bei hohen und niedrigen Frequenzen Mittels verteilter Frequenzumsetzung werden alle HF-Signale direkt an den Antennen auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Dadurch werden Signalverluste in den Kabeln reduziert, wodurch die Signal/Rausch-Qualität und die Messgenauigkeit aufrechterhalten werden. Durch die Anwendung der MARS-Technologie (Mathematical Absorber Reflection Suppression), die Wandreflexionen wirksam unterdrückt, ergibt sich eine Leistungsfähigkeit, die nicht durch Einschränkungen der Absorberleistung beeinträchtigt wird. Wetterunabhängigkeit Die gesamte Messeinrichtung ist in einer kontrollierten Umgebung untergebracht und kann daher das ganze Jahr über betrieben werden. Durch die direkte Zusammenarbeit mit dem Hersteller dieses hochmodernen Messsystems war es möglich, praktisches Wissen und theoretisches Verständnis zu erlangen, wodurch die Effektivität der Prüf- und Messeinrichtung erhöht wurde. ■ mmt gmbh Meffert Microwave Technology www.meffert-mt.de hf-praxis 3/2022 27

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