title: Via array modeling for application in fast, energy-efficient digital systems
title: Modellierung von Via-Arrays für den Einsatz in schnellen, energieeffizienten digitalen Systemen
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Müller, Sebastian
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2014
Subjects: subject: Signalintegrität
subject: printed circuit board
subject: via
subject: modeling
subject: simulation
subject: signal integrity
subject: energy efficiency
subject: digital system
classificationCode: 620
subject: Ingenieurwissenschaften
subject: Gedruckte Schaltung
subject: Durchkontaktieren
subject: Modellierung
subject: Simulation
subject: Energieeffizienz
subject: Digitales System

description: Die vorgelegte Arbeit betrachtet die Anwendung quasianalytischer (sogenannter “physics-based”) Viamodelle zur genauen und effizienten Modellierung von Via-Arrays in mehrlagigen Leiterplatten. Die Arbeit beinhaltet drei Hauptaspekte: eine Untersuchung und Verbesserung der Modellgenauigkeit, eine Untersuchung und Verbesserung der Modelleffizienz und eine Anwendung des Modells im Rahmen eines systematischen Vergleichs verschiedener Designalternativen für Verbindungen mit hohen Datenraten auf Leiterplatten. Eine Verbesserung der Modellgenauigkeit wird vor allem durch eine verbesserte Nahfeldmodellierung erreicht, die die Simulationsergebnisse insbesondere für Frequenzen oberhalb von 20 GHz verbessert. Mit dem verbesserten Modell wird die genaue Simulation großer Via-Arrays für Viaabstände bis hinab zu 60 mil im Frequenzbereich bis 50 GHz möglich. Verschiedene Verbesserungen im Hinblick auf die Modelleffizienz führen zu einer Reduzierung der Rechenzeiten, die eine schnelle Untersuchung von Designalternativen für kleinere Via-Arrays auf einem einfachen PC ermöglicht. Am Ende der Arbeit wird eine Vorgehensweise für eine systematische Bewertung von Designalternativen vorgestellt. Die Vorgehensweise erlaubt einen quantitativen Vergleich von Designalternativen, der die Auswirkung von Designänderungen auf Signalintegrität und Energieeffizienz im gesamten System berücksichtigt.
description: This thesis studies the application of physics-based via models for an efficient modeling of large via arrays in multilayer PCBs. Three main aspects are addressed: the study and improvement of the modeling accuracy, the study and improvement of the model efficiency, and the application of the model in a systematic evaluation of via array design alternatives for high speed links. With regard to the modeling accuracy, the application of an improved local field model is identified as a suitable way to improve the model accuracy for the simulation of via arrays, especially at frequencies above 20 GHz. With the improved model, an accurate simulation of via arrays with a pitch of 60 mil or larger becomes possible in the frequency range up to 50 GHz. Improvements with regard to the model efficiency lead to a reduction of calculation times which allows to carry out fast design explorations for smaller via arrays on a standard PC. Finally, an approach for a systematic design evaluation is presented which integrates the advantages of the efficient physics-based via model in a larger concept. With the approach, a quantitative comparison of design alternatives becomes possible that takes into account the impact of design changes