High-Speed-Design von elektronischen Baugruppen und Systemen

Theorie, Simulation, Realisierung

In Zusammenarbeit mit dem VDE-Bezirksverein Württemberg e.V. (VDE)

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3 Tages-Seminar
neuer Termin in Planung in Wien
Veranstaltung Nr. 34783.00.002


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Beschreibung

Viele elektronische Baugruppen und Systeme arbeiten heute mit sehr schnellen digitalen Signalen. Auch in den nächsten Jahren werden die Datenraten noch weiter steigen. Zur effizienten Entwicklung von neuen digitalen Baugruppen und Systemen ist ein fundiertes Wissen in vielen unterschiedlichen Bereichen
erforderlich. Im Gegensatz zu den klassischen Hochfrequenzschaltungen werden bei digitalen Schaltungen höhere Anforderungen an die Signalintegrität und besonders an die Breitbandigkeit der Übertragung gestellt. Kenntnisse über das genaue physikalische Verhalten unterschiedlicher Aufbau- und Verbindungskomponenten, wie Leiterplatten, Kabel, Steckverbinder, Chip-Gehäuse usw., ist für ein zuverlässiges Design von digitalen Baugruppen und Systemen unabdingbar. Darüber hinaus werden zur effizienten Entwicklung solcher Systeme geeignete Werkzeuge und Methoden benötigt, deren genaue Kenntnis für einen Entwickler ebenso von großer Bedeutung ist.

Ziel des Seminars

Die Teilnehmer lernen Grundlagen über das physikalische Verhalten der wesentlichen Aufbau- und Verbindungskomponenten. Dazu zählen unter anderem Leitungsimpedanzen, Verkopplungen, Reflexionen, Dämpfung und Abblockung von Leitungen, Mäanderleitungen, Durchkontaktierungen, Steckverbindern, Kabeln usw. Für diese Komponenten werden Simulationsmodelle hergeleitet und typische Modellparameter angegeben. Jeder Teilnehmer erhält die Möglichkeit, mittels elektrischer Simulationen mit dem Programm LTSpice das physikalische Verhalten der verschiedenen Komponenten zu untersuchen.
Am Ende des Seminars wird eine komplette digitale Übertragungsstrecke zwischen Sender und Empfänger elektrisch simuliert. Mithilfe eines Feldberechnungsprogramms wird das physikalische Verhalten unterschiedlicher Übertragungskomponenten veranschaulicht, und es werden Strategien zur Designoptimierung aufgezeigt. Auch die prinzipiellen Messmethoden zur Analyse digitaler Übertragungsstrecken im Zeit- und Frequenzbereich werden behandelt.
Nach Abschluss des Seminars kennen die Teilnehmer die wesentlichen physikalischen Wirkungsweisen der Übertragungskomponenten und wissen entsprechende Optimierungsmaßnahmen mit den geeigneten Methoden und Verfahren für ein zuverlässiges Baugruppen- und Systemdesign gezielt einzusetzen.

Sie erhalten Qualität
Das Qualitätsmanagementsystem der Technischen Akademie Esslingen
ist nach DIN EN ISO 9001 und AZAV zertifiziert.

Teilnehmerkreis

Das Seminar richtet sich an Baugruppen- und Systementwickler sowie PCB-Designer im Bereich der digitalen High-Speed-Signalübertragung.

Seminarthemen im Überblick

Stand der letzten Durchführung:

Montag, 10. Oktober 2016
8.30 bis 12.30 und 13.30 bis 17.30 Uhr

1. Einführung
> Was bedeutet High Speed?
> Schmalbandigkeit versus Breitbandigkeit
> Hochfrequenz versus High-Speed-Design
> Entwicklungstrends

2. Basiswissen Chip-Technologie
> Schnittstellen und Übertragungsprotokolle
> Struktur der I/O-Zellen
> Typische Datenblätter
> Jitter
> Signal-Conditioning

3. Basiswissen zu Simulationen mit SPICE
> Einführung in SPICE
> Simulationen mit LT Spice
> Simulationsbeispiele

4. Digitale Signale
> Symmetrische und unsymmetrische Übertragung
> Powerintegrität
> Signalintegrität
> Augendiagramme
> Frequenzbereichsdarstellungen
> Streuparameter
> Frequenzbereich versus Zeitbereich

5. Leitungsführung
> Single-Ended-Übertragung
> Differentielle Übertragung
> Differential Mode versus Common Mode
> Vor- und Nachteile der differentiellen Übertragung
> Störungen im unverkoppelten Zweileitersystem
> Störungen im verkoppelten Zweileiter system
> Charakteristische Parameter
> Simulation im gekoppelten Zweileitersystem

6. Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Laufzeiten
> Laufzeiten in homogenen Isolationsmedien
> Unterschiedliche Laufzeiten bei querinhomogenen Isolationsmedien
> Diagramm für unterschiedliche Laufzeiten
> Berechnung und Messung der Laufzeiten
> Laufzeiten von Differential Mode/Common Mode
> Gleichlängenkompensation bei differentiellen Leitungen
> Gleichlängenkompensation durch Mäander
> Dispersion
> Flankensteilheit und Weglänge

7. Impedanzen
> Grundsätzliche Bedeutung der Impedanz
> Impedanzen in der Übertragungsstrecke
> Frequenzverhalten der Impedanz-Leitungstheorie
> Impedanzprofil
> Leitungstypen für die High-SpeedÜbertragung
> Impedanz bei Einzelleitungen
> Impedanzen bei gekoppelten Leitungen
> Zweileitersystem: Betriebszustände
> Zweileitersystem: symmetrischer Betrieb
> Zweileitersystem: unsymmetrischer Betrieb
> Zweileitersystem: symmetrischer und unsymmetrischer Betrieb
> Koppelfaktoren
> Toleranzen
> Auswirkungen der Impedanzen auf das Augendiagramm
> Messung der Impedanzen
> Simulation der Impedanz (TDR-Simulationen)
> Einfluss von Unsymmetrien

Dienstag, 11. Oktober 2016
8.30 bis 12.30 und 13.30 bis 17.30 Uhr

8. Reflexionen und Transmission
> Zeitbereich
> Frequenzbereich
> Im Zweileitersystem
> Simulationsbeispiele

9. Nebensprechen
> Definition
> Internes und externes Nebensprechen
> Internes induktives und kapazitives Nebensprechen
> Internes Nahnebensprechen
> Internes Fernnebensprechen
> Internes Fern- und Nahübersprechen
> Externes Nahübersprechen
> Externes Fernübersprechen
> Simulationsbeispiele für das Nebensprechen (Verhalten des Betriebswellenwiderstandes)
> Messung des Nebensprechens
> Laufzeitunterschiede
> Laufzeit in Abhängigkeit der Flankensteilheit und Dielektrizitätszahl
> RX und TX in verschiedenen Lagen

10. Leitungen
> Grundlagen der Leitungstheorie
> Gleichstromverluste
> Skin-Effekt
> Dielektrische Verluste
> Leitungsverluste – Frequenzverhalten
> Formeln zur Berechnung der Leitungsverluste
> Auswirkungen der Leitungsverluste
> Signal-Conditioning
> Simulation von Einzelleitungen
> Simulation von verlustbehafteten Einzelleitungen
> Simulation von gekoppelten verlustbehafteten Leitungen

11. Komponente: Leiterplatte
> Grundlagen der Leiterplattentechnologie
– Elektrische Anforderungen
– Basismaterialien
– Elektrische Parameter
– Messung der elektrischen Parameter
– Auswirkungen des Glasgewebes
– Materialien für High-Speed-Übertragung
> Leitungsführung in der Leiterplatte
– Mikrostrip versus Stripline
– Auswirkungen der Technologieparameter auf die Impedanzen
– Leiterbreiten, Leiterdicke, Rauheit, Glasgeflecht
– Füllflächen
– Optimale Materialauswahl
> Durchkontaktierungen
– Auswirkungen der Durchkontaktierungen auf die High-Speed-Übertragung
– Formeln zur Berechnung der Durchkontaktierungskapazität
– Modellierungen von Durchkontaktierungen
– Simulationsmodelle für die Durchkontaktierung
– SPICE-Simulation von Durchkontaktierungen
> Resonanzen
– Backdrilling
– Auswirkungen auf das Augendiagramm
– Auswirkungen auf die Impedanz
> PCB-Design
– Lagenaufbauten
– Leitungsführung
– Kostenaspekte
– Füllflächen
– Abblockung

12. Komponente: Steckverbinder
> Basiswissen Steckverbinder
> Steckverbindertypen für die High-SpeedÜbertragung
> Elektrische Eigenschaften
> Impedanzprofil
> Nebensprechen
> Auswirkungen der Steckverbinder auf die High-Speed-Übertragung
> Modellierung von Steckverbindern
> SPICE-Simulation von Steckverbindern

13. Komponente: Kabel
> Basiswissen Kabel und Leitungen
> Kabeltypen für die High-Speed-Übertragung
> Elektrische Eigenschaften
> Modellierung von Kabeln
> SPICE-Simulation von Kabeln

14. Komponente: Chip-Gehäuse
> Basiswissen Gehäusetechnologie
> Elektrische Eigenschaften
> Modellierung von Chip-Gehäusen
> SPICE-Simulation von Chip-Gehäusen

Mittwoch, 12.Oktober 2016
8.30 bis 12.30 und 13.30 bis 15.00 Uhr

15. Input-Output-Übertragungsstrecken
> Modellierung einer kompletten Übertragungsstrecke
> SPICE-Simulation einer kompletten Übertragungsstrecke

16. Modellierung und Simulation mit Feldberechnungsprogrammen (M. Tröscher)
> Basiswissen
> Modellierungsmethoden
> Durchkontaktierungen
> Leitungssysteme
> Mäanderleitungen
> Stecker
> Kabel
> Abblockung
> Regelbasierte Analyse

17. Messung von Übertragungsstrecken
> Zeitbereichsmessungen mit der TDR-Methode
> Messung der Impedanzen im Zeitbereich
> Frequenzbereichsmessungen mit dem Netzwerkanalysator

Termine & Preise

Extras
Die Seminarteilnahme beinhaltet Verpflegung und ausführliche Seminarunterlagen.
Beim gemeinsamen Mittagessen findet ein reger Austausch mit den Referenten statt. Jeder Teilnehmer erhält zu Beginn des Seminars eine Mappe mit ausführlichen Seminarunterlagen.

Die Teilnehmerzahl ist auf 16 Teilnehmer begrenzt um den optimalen Lernerfolg zu garantieren.

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