Design, Prototyping, Messung und Modellierung Von ESD Schutzstrukturen

Partner Call offen bis: 20.04.2021

Projektstart: Q2 2021

Zielsetzung

Simulationsgestützte Entwicklung und Optimierung der Anwendung von ESD Schutzstrukturen für moderne high-speed Datenschnittstellen wie Thunderbolt und USB4.

Moderne digitale Schnittstellen wie Thunderbolt und USB4 können Datenraten von bis zu 40 Gbit/s erreichen und Geräte mit bis zu 100 W versorgen. Hohe Datenraten sind für den Anwender komfortabel, bedeuten aber enorme Herausforderungen für Design und Test der entsprechenden Elektronik. Darüber hinaus sind Gerätesteckverbinder ständig der Gefahr von elektrostatischen Entladungen (ESD) ausgesetzt. Um Beschädigungen der Schnittstellenschaltung zu verhindern, werden ESD Schutzstrukturen benötigt. Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Schutzstrukturen zu entwerfen und Prototypen von optimierten Suppressordioden (Transient Voltage Suppressor - TVS) herzustellen. Im Zuge dessen sollen einfach anzuwendende Schaltungsmodelle für Schaltungsentwickler abgeleitet werden, welche die Simulation finaler Applikationen ermöglichen. Dafür werden gründlich validierte breitbandige Simulationsmodelle aller kritischer Schaltungskomponenten erstellt werden. Die hohe Frequenz von bis zu 30 GHz stellt besondere Herausforderungen an die Test- und Simulationsaufbauten, sowie an die eingesetzte Messtechnik dar. Die entwickelten Bauteilmodelle werden durch verschiedene standardisierte Testverfahren validiert, z.B.:

  • “Transmission Line Pulse” (TLP) Messungen
  • ESD Belastungstests nach IEC 61000-4-2
  • Augendiagramm im Zeitbereich zur Beurteilung der Übertragungsqualität

Erwartete Ergebnisse

  • Anwendung der System-Efficient ESD Design (SEED) Methodik zur simulationsgestützten Auslegung von ESD Schutzstrukturen für digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen.
  • Entwicklung und Prototyping von TVS Dioden.
  • Basierend auf Messungen und Simulationen werden Modelle von ESD Schutzstrukturen für die Zeit- und Frequenzbereichssimulation abgeleitet.
  • Design von applikationsnahen ESD Test-Platinen, charakterisiert und durch Messungen validiert.