Modellierung des Strahlungsmechanismus von Motherboard-Subboard Strukturen

Abstract:
Aus Gründen eines kompakten modularen Aufbaus bestehen elektronische Systeme häufig aus einer Basisplatine (Motherboard) mit kleineren Baugruppen (Subboards), die über einen Stecker verbunden sind (Bild 1). Zusätzlich zu den Abstrahlungsquellen auf den Baugruppen können solche Leiterplatten-Verbindungsstrukturen selbst Ursache parasitärer Abstrahlung sein. Ein solcher Aufbau stellt aus EMV-Sicht eine Antennenstruktur dar, die durch kleine hochfrequente Potenzialunterschiede zwischen der Masse auf dem Subboard und der Gerätemasse auf dem Motherboard zur Abstrahlung angeregt werden kann. Die Potenzialunterschiede entstehen durch die Impedanz des Signal-Rückstrompfads über die Massepins im Verbindungsstecker. Aufgrund der üblichen Abmessungen von Subboards können Resonanzen bereits im Frequenzbereich unterhalb 1 GHz auftreten. Harmonische eines Signals, die nahe dieser Resonanz liegen, können dann leicht zu Grenzwertüberschreitungen führen. Die vorliegende Arbeit verschafft einen detaillierten Einblick in den Strahlungsmechanismus von Leiterplatten-Verbindungsstrukturen und gibt Auskunft über den Einfluss der wichtigsten Design-Parameter. Auf der Basis eines einfachen Modells kann das Strahlungsspektrum in Abhängigkeit von Steckergeometrie, Signalimpedanz und Board-Abmessungen mit relativ wenig Aufwand abgeschätzt werden.