DE102008051531A1

DE102008051531A1 - Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem elektrischen System und ein elektrisches System mit derselben

Info

Publication number: DE102008051531A1
Application number: DE200810051531
Authority: DE
Inventors: Ivan Dr. Ndip; Stephan Dr. Guttowski; Prof. Dr. Dr. Reichl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: DE102008051531B4

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz in einem elektrischen System. Die Vorrichtung weist eine elektrisch leitfähige Schicht und eine planare Resonanzstruktur auf, die beabstandet zu der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet ist. Die planare Resonanzstruktur umfasst eine elektrisch leitfähige Ringstruktur und eine von der elektrisch leitfähigen Ringstruktur umgebene elektrisch leitfähige Fläche. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur und die elektrisch leitfähige Fläche sind elektrisch miteinander verbunden und weisen Abmessungen auf, um die elektromagnetische Störung bei der vorbestimmten Frequenz zu unterdrücken.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz oder in einem vorbestimmten Frequenzbereich in einem elektrischen System und insbesondere auf eine planare Resonanz- bzw. Funktionsstruktur zur Entkopplung hochfrequenter elektromagnetischer Störungen auf Schaltungsträgern.
Hochintegrierte mikroelektronische Systeme, wie z. B. Mobiltelefone, PDAs (Personal Digital Assistant =: PDA), Laptops etc. bestehen stets aus unterschiedlichen auf einem gemeinsamen Schaltungsträger montierten Bauteilen, die jeweils mit einem Spannungsversorgungsnetzwerk des elektrischen Systems verbunden werden. Ein solch hochintegriertes System kann beispielsweise auch ein Mikrochip sein, der mit einer Spannungsversorgung für den Mikrochip verbunden ist.
Das elektrisches System kann sowohl digitale als auch analoge Subsysteme aufweisen, wobei die unterschiedliche Arbeitsweise dieser Komponenten zu sehr unterschiedlichen Rückwirkungen auf die Qualität der durch das Versorgungssystem zur Verfügung gestellten Spannung führt. Wenn beispielsweise die Transistoren in digitalen Bauteilen Strom aus dem Versorgungssystem ziehen, kann ein Störrauschen, in der Fachwelt auch als Simultaneous Switching Noise (SSN) bekannt entstehen. Die Kopplung eines solchen Störrauschens zu anderen Bauteilen oder integrierten Komponenten eines Schaltungsträgers oder zu anderen integrierten Schaltungen in einem Mikrochip kann zu Beeinträchtigungen der Arbeitsweise des Systems bzw. des Mikrochips führen. Dadurch kön nen z. B. Schaltfehler bei digitalen Bauelementen, Verstimmungen von analogen Subsystemen oder oft auch eine allgemeine Fehlfunktion des Systems bzw. des Mikrochips auftreten.
Zur Vermeidung solch negativer Effekte durch beispielsweise SSN-Rauschen bzw. durch Rauschen allgemein, welches aufgrund anderer Ursachen hervorgerufen wird, werden derzeit im Wesentlichen zwei unterschiedliche Wege verfolgt.
Eine Möglichkeit besteht darin, zusätzliche Komponenten in Form von Entkopplungskapazitäten zur Stabilisierung des Spannungsversorgungssystems einzubringen. Diese Entkopplungskondensatoren können dabei u. a. auf die Vermeidung bzw. Unterdrückung des SSN abzielen.
Eine zweite Methode versucht, die empfindlichen Komponenten eines Systems von den Komponenten, die die Störung wie z. B. das SSN verursachen, zu entkoppeln. Diese zweite Entkopplungsmethode hat gegenüber der ersten Methode den Vorteil, dass keine zusätzlichen diskreten Bauteile benötigt werden. Wegen der Komplexität der heutigen elektronischen Systeme mit Millionen von Transistoren ist es sehr schwierig, die Entstehung von, beispielsweise SSN komplett zu vermeiden. Deshalb wäre eine Unterdrückung der Kopplung von SSN wünschenswert. Methoden, die bisher dazu eingesetzt werden, sind beispielsweise die Verwendung von aufgeteilten Versorgungsplatten – den sog. „Split Planes” oder „Split Planes” mit Ferriten-, von zellgeteilten Versorgungsplatten – der sog. „Power Plane Segmentation”, von elektromagnetischen Bandgag Strukturen (EBG), sowie der Einsatz von für elektromagnetische Störungen verlustbehafteten Substraten.
Bei der Methode der „Split Planes” wird die Versorgungslage des Systems (Power Plane) in zwei galvanisch getrennte Teile aufgespalten. Beispielsweise werden dann die empfindlichen HF/analogen Komponenten räumlich von den digitalen Komponenten getrennt angeordnet. Bei niedrigen Frequenzen ist die Impedanz der Spalte zwischen den galvanisch getrennten Teilen sehr hoch, weswegen das niederfrequente Rauschen nicht auf die empfindlichen Systemteile überkoppeln kann. Mit steigender Frequenz wird die Impedanz der Spalte jedoch geringer und Rauschen höherer Frequenz kann durch die Spalten in den anderen Teilen des Systems einkoppeln. Aus diesem Grund ist diese Methode nur bei niedrigen Frequenzen brauchbar. Ein weiterer Nachteil dieser Methode liegt darin, dass zwei unterschiedliche Spannungsversorgungen benutzt werden, um die beiden getrennten Schaltungsteile mit der gleichen DC-Spannung zu versorgen, da die beiden Platten nicht galvanisch verbunden sind. Deshalb ist diese Methode auch bezüglich der Kosten keine sehr günstige Lösung und deshalb auch nicht wünschenswert. Bei anderen Methoden zur Unterdrückung von Störungen können beide Platten entweder mit Ferriten (Methode der Split Planes mit Ferriten) oder mit einer Metallverbindung (Methode der Power Plane Segmentation) verbunden sein. Da die Impedanz von Ferriten ab einer Frequenz von beispielsweise 200 MHz für bestimmte Ferrite wieder abfällt, ist diese Isolationsmethode für höher frequente Störungen jedoch ebenfalls nicht geeignet. Wenn eine Metallverbindung zwischen den beiden Platten benutzt wird kann die Isolation sehr schmalbandig und unkontrollierbar werden. Um die Amplitude eines entstehenden Rauschens zu dämpfen können auch elektromagnetische verlustbehaftete Substratmaterialien eingesetzt werden. Diese Methode kann jedoch nachteiligerweise zu einer Verschlechterung der HF- bzw. RF-Eigenschaften des Systems führen, da auch Nutzsignale für die eigentliche Funktion eines Systems gedämpft werden können. Die Umsetzung dieser Methode kann zudem sehr teuer sein, da unterschiedliche, zum Teil sehr kostenintensive Materialien verwendet werden müssen.
Eine weitere Möglichkeit zur Entkopplung hochfrequenter Störungen stellen EBG-Strukturen da. Diese können die Entkopplung hochfrequenter Störungen für eine große Bandbreite für nahezu jeden beliebigen Frequenzbereich ermöglichen.
EBG-Strukturen bestehen aus mehreren „Zellen”, die miteinander entweder galvanisch mit einem kleinen Leitungsstück oder kapazitiv über Luftspalte gekoppelt bzw. verbunden sind. Jeder dieser Zellen besteht aus einer Metallplatte zur Erzeugung einer notwendigen Kapazität und einer Metallverbindung und/oder einer Durchkontaktierung (VIA) (Vertical Interconnect Access VIA), um eine notwendige Induktivität zu erzeugen. Nachteilig bei dieser Methode ist jedoch, dass beim Einsatz derzeit bekannter EBG-Strukturen die gesamte metallische Versorgungslage eines elektrischen Systems mit derartigen Zellen strukturiert sein sollte. Manchmal werden auch diskrete Bauteile benutzt, um eine gewünschte Induktivität oder einen bestimmten Kapazitätswert in den Zellen zu erreichen. Dadurch bleibt jedoch nachteiligerweise kein oder nur ein geringer Platz übrig, um die eigentlichen Komponenten der Schaltung bzw. die mikroelektronischen Schaltkreise zu platzieren bzw. die zur Funktion notwendigen Leitungen auf dem Substrat bzw. in dem Mikrochip zu routen. Außerdem können Leitungen, die in einer Metallebene über solch einer strukturierten Versorgungslage geroutet werden, Signalintegritäts- und elektromagnetische Verträglichkeits (EMV)-Probleme aufweisen, da ein Stromrückpfad zum Teil unterbrochen sein kann. Das heißt, EBG-Strukturen können zwar eine Entkopplung des Rauschens ermöglichen, die Einschränkung bezüglich Platzverbrauch und der Platzierung von Komponenten bzw. Schaltkreisen und der Verdrahtung der Komponenten des Systems können jedoch erheblich sein. Bei höheren Frequenzen kann der Rückstrom der Weg der geringsten Induktivität nehmen. EBG-Strukturen können zudem einen negativen Einfluss auf das elektromagnetische Verhalten anderer Komponenten, die in der Nähe integriert sind, aufweisen. Zudem können die EBG-Strukturen sehr kostenintensiv sein, insbesondere wenn VIAs und diskrete Bauteile zusätzlich benutzt werden, um eine gewünschte Filtercharakteristik der EBG-Strukturen zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elekt romagnetischen Störung in einem elektrischen System kostengünstig, mit geringem Platzverbrauch für zu platzierende Komponenten des elektrischen Systems und ohne nennenswerte Unterbrechung eines Rückstrompfades für Komponenten des Systems zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zwei Metalllagen eines Schaltungsträgers für ein elektrisches System, wie z. B. die Versorgungslage und die Massepotenziallage (Power und Ground) verwendet werden können, um eine Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen zu erreichen. Durch eine Strukturierung mindestens einer der beiden Metalllagen mit einer Resonanzstruktur, die aus einer Ringstruktur, die entlang einer Substratkante oder benachbart zu einer Substratkante ausgebildet sein kann und die eine größere elektrisch leitfähig Fläche umgibt und mit dieser elektrisch verbunden ist, kann in einfacher Weise durch die Abmessung der Ringstruktur eine große Induktivität und durch die Abmessung der Platte eine entsprechende Kapazität zur Entkopplung einer hochfrequenten Störung auf einen Schaltungsträger erzeugt werden.
Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich durch eine zweite Resonanzstruktur, die über eine Resonanzstrukturverbindungsstelle mit einer ersten Resonanzstruktur gekoppelt ist, wobei die Abmessungen der beiden Resonanzstrukturen und ihre entsprechenden Ringstrukturen bzw. Flächen so ausgebildet sind, dass eine elektromagnetische Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich unterdrückt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a eine schematische Ansichtsskizze einer Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem elektrischen System bei einer vorbestimmten Frequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1b eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem Substrat gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt die schematische Draufsicht einer planaren Resonanzstruktur, die zumindest teilweise überlappend zu einer elektrisch leitfähigen Schicht der Vorrichtung angeordnet ist;
3a zeigt die schematische Draufsicht auf eine planare Resonanzstruktur mit geschlossener Ringstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3b zeigt die schematische Draufsicht auf eine planare Resonanzstruktur mit offener Ringstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3c zeigt die schematische Draufsicht auf eine planare Resonanzstruktur mit zwei Verbindungstücken zwischen der elektrisch leitfähigen Teilfläche und der offenen Ringstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4a zeigt die schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem vorbestimm ten Frequenzbereich, welche zwei planare Resonanzstrukturen aufweist;
4b zeigt einen Detailausschnitt zur 4a mit einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ringstruktur und einer elektrisch leitfähigen Fläche einer Resonanzstruktur;
4c zeigt einen Detailausschnitt zu 4a mit einer Resonanzstrukturverbindung zwischen der ersten und der zweiten Resonanzstruktur;
4d zeigt einen weiteren Detailausschnitt zu dem Ausführungsbeispiel in 4a;
5a zeigt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung mit zwei Resonanzstrukturen, wobei die jeweiligen Ringstrukturen und elektrisch leitfähigen Flächen unterschiedliche Abmessungen und damit unterschiedliche Kapazitäts- und Induktivitätswerte aufweisen;
5b zeigt als vereinfachtes Ersatzschaltbild für das Ausführungsbeispiel aus 5a zwei seriell gekoppelte Paralleleschwingkreise;
6 zeigt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die schematische Ansicht einer Vorrichtung mit einer weiteren Resonanzstruktur, die in der strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht der Vorrichtung angeordnet ist;
7 zeigt den schematischen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8a zeigt die schematische Querschnittsdarstellung eines Schaltungsträgers mit diskreten Bauelementen und der erfindungsgemäßen Vorrichtung integriert in den Metalllagen des Schaltungsträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
8b zeigt die schematische Darstellung eines Halbleitermikrochips, wobei die Vorrichtung zur Unterdrückung von Störungen in diesem Ausführungsbeispiel in den Metallisierungslagen des Mikrochips angeordnet ist.
Bevor Bezug nehmend auf die Zeichnungen die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder ähnliche Elemente in diesen Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente vermieden wird.
In dem Ausführungsbeispiel welches in 1a gezeigt ist, ist die schematische Ansicht einer Vorrichtung 100 zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz in einem elektrischen System dargestellt.
Die Vorrichtung 100 weist eine elektrisch leitfähige Schicht 2 und eine planare Resonanzstruktur 5, die beabstandet zu der elektrisch leitfähigen Schicht 2 angeordnet ist, auf. Die planare Resonanzstruktur 5 umfasst eine elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 und eine von der elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7 umgebene elektrisch leitfähige Fläche 10. In einigen Ausführungsbeispielen kann die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 eine Öffnung 3 aufweisen. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur kann also in einigen Ausführungsbeispielen offen sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die elektrisch leitfähige Ring struktur 7 jedoch auch geschlossen sein, also keine Öffnung 3 aufweisen. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 und die elektrisch leitfähige Fläche 10 können beispielsweise galvanisch über ein Leitungs- bzw. Verbindungsstück 12 elektrisch verbunden sein. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7, die elektrisch leitfähige Fläche 10, sowie das Verbindungsstück 12 weisen Abmessungen, also z. B. eine bestimmte Länge, eine bestimmte Breite oder auch eine bestimmte Dicke oder Ausgestaltung auf, um eine elektromagnetische Störung bei einer vorbestimmten Frequenz zu unterdrücken oder zu reduzieren. Die zweilagige planare Struktur oder Vorrichtung 100, also die elektrisch leitfähige Schicht 2 und die planare Resonanzstruktur 5 können dazu verwendet werden, beispielsweise hochfrequente Störungen in einer großen Bandbreite für eine beliebige Frequenz oder Frequenzbereich an der Ausbreitung in einem elektrischen System zu hindern. Dazu kann die Resonanzstruktur ähnlich wie ein paralleler Schwingkreis dazu hergenommen werden, in Abhängigkeit der Kapazität und der Induktivität des Schwingkreises eine vorbestimmte Frequenz bzw. einen Frequenzbereich einer Störung zu dämpfen oder zu unterdrücken. Sie kann also ein Sperrverhalten für bestimmte Frequenzen aufweisen. Die Resonanzstruktur 5 kann so dimensioniert sein, dass eine gewünschte Kapazität (C) und eine gewünschte Induktivität (L) für eine Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen oder elektromagnetischen Signalen in einem gewünschten Frequenzbereich erzeugt wird. Die elektrisch leitfähige Fläche 10 trägt dabei primär zu dem Kapazitätswert der Resonanzstruktur 5 bei und die Ringstruktur 7 trägt primär zur Induktivität der Resonanzstruktur bei. Natürlich weist sowohl die Fläche 10 eine Induktivität, als auch die Ringstruktur 7 eine Kapazität auf. Diese tragen aber nur einen nebengeordneten, also sekundären Beitrag zu dem Gesamtkapazitäts- und Gesamtinduktivitätswert der Resonanzstruktur 5 bei. Da die Induktivität der elektrisch leitfähigen Fläche 10, die im Folgenden auch als Patch bezeichnet wird, klein ist, kann zusätzlich eine größere Induktivität erzeugt werden, damit eine höhere und kontrol lierbare Sperrbandbreite erzeugt werden kann. Deswegen kann eine Ringstruktur bzw. ein langes schmales Leitungsstück in Form eines Ringes um den Patch gelegt werden. Da die Induktivität umgekehrt proportional zur Leitungsbreite der Ringstruktur ist, ist nur ein sehr kleine Fläche für die Realisierung des Ringes und damit zur Realisierung einer hohen Induktivität notwendig.
Ein elektromagnetisches Signal bzw. eine elektromagnetische Störung, die an die elektrisch leitfähige Schicht und/oder die planare Resonanzstruktur ankoppelt, kann also durch geeignete Wahl der Abmessung der Resonanzstruktur und der Kopplung zwischen der Ringstruktur und der elektrisch leitfähigen Fläche 10 unterdrückt bzw. gedämpft werden. Durch die Änderung der Ringabmessungen, wie die Länge, die Breite aber auch die Dicke kann die Induktivität und die Resonanzfrequenz eines Patches verändert werden. Dadurch kann die Sperrbandbreite der Resonanzstruktur gesteuert werden. Mit Hilfe des Ringes bzw. der Ringstruktur 7 kann man hohe Induktivitätswerte erreichen. Da die Sperrbandbreite proportional zur Induktivität ist, kann durch die Ringstruktur 7 eine große Sperrbandbreite erreicht werden.
Wie in 1b schematisch dargestellt ist, kann die Vorrichtung 100 ein Substrat 15 aufweisen und die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 zumindest teilweise benachbart bzw. entlang einer Substratkante 17 des Substrates 15 angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur kann wieder eine Öffnung 3 aufweisen, also offen oder in anderen Worten nicht vollständig geschlossen sein. Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann die Resonanzstruktur 5 in einer strukturierten weiteren elektrischen leitfähigen Schicht 20 angeordnet sein, die Teil des Substrates 15 sein kann. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann ebenfalls Teil des Substrates 15 sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Resonanzstruktur 5 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 in dem Substrat 15 oder auf einer Oberfläche des Substrates 15 angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 und die planare Resonanzstruktur 5 können auch beabstandet zueinander und elektrisch zueinander isoliert in einer Ebene eines Substrates 15 angeordnet sein. Die Resonanzstruktur 5 bzw. die weitere strukturierte elektrisch leitfähige Schicht 20 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 können aber auch auf einer Oberfläche des Substrates 15 angeordnet sein. Beispielsweise kann auf einer Oberseite des Substrates 15 die planare Resonanzstruktur 5 in der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 20 angeordnet sein und die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann an einer Unterseite des Substrates 15 oder in einer Innenlage des Substrates ausgebildet sein.
Bei dem Substrat oder der Struktur 15 kann es sich beispielsweise um einen Schaltungsträger, also um ein Printed Circuit Board (PCB) handeln und dementsprechend kann der Schaltungsträger 15 mehrere Metalllagen aufweisen, von denen eine strukturierte Metalllage beispielsweise die Resonanzstruktur 5 aufweist, während eine beabstandet dazu angeordnete zweite Metalllage als elektrisch leitfähige Schicht 2 dient.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der strukturierten Metalllage 20 und der elektrisch leitfähigen Schicht 2 um Metallisierungslagen in einem Schaltungsträger für diskrete Bauelemente handeln. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann Anschlüsse aufweisen, um ein erstes Potenzial an die elektrisch leitfähigen Schicht 2 anlegen zu können. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das erste Potenzial beispielsweise ein Massepotenzial (VSS) bzw. ein Ground-Potenzial für ein elektrisches System sein. Denkbar ist aber natürlich auch, dass der anlegbare Potenzialwert ein von dem Massepotenzial verschiedener Potenzialwert ist. An die Metalllage mit der Resonanzstruktur 5 kann ein zweites elektrisches Potenzial anlegbar sein. Dazu kann die Metalllage ebenfalls entsprechende Anschlüsse aufweisen. Bei dem zweiten elektrischen Potenzial kann es sich um ein Versorgungspotential (VDD) für das elektrische System handeln, aber auch um ein Massepotenzial oder um jedes andere elektrische Potenzial.
Die Ringstruktur 7 kann zumindest teilweise benachbart oder entlang zu einer Substratkante 17 verlaufen und sehr dünn im Vergleich zu der elektrisch leitfähigen Fläche 10 ausgebildet sein, so dass genügend Platz für die Platzierung bzw. Verdrahtung von Komponenten auf dem Schaltungsträger zur Verfügung steht. Zudem kann durch diese Ausgestaltung der Ringstruktur ein unterbrochener Stromrückpfad für andere Komponenten auf anderen Metalllagen weitgehend vermieden werden. Der Schaltungsträger bzw. das Substrat 15 kann beispielsweise mindestens eines der FR4, FR5, Arlon, Nelco, Rodgers etc. PCB-Materialien aufweisen. Das Schaltungsträgermaterial kann beispielsweise eine Dielektrizitätszahl ε_r kleiner 4.5 , kleiner 4 oder kleiner 3.5 bei einer Frequenz von 1 GHz aufweisen.
2 zeigt die schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Draufsicht ist eine Resonanzstruktur 5 zu sehen, die aus einer elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7 und einer über eine elektrische Verbindung 12 gekoppelten elektrischen leitfähigen Fläche 10 aufgebaut ist. Die planare Resonanzstruktur 5 kann nun, wie in der schematischen Draufsicht zu sehen ist, zumindest teilweise überlappend zu der elektrisch leitfähigen Schicht 2 in oder auf einem Substrat 15 angeordnet sein. Das heißt, die Resonanzstruktur 5 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 müssen nicht dieselben Abmessungen und dieselbe Ausgestaltung besitzen, sondern können beispielsweise teilweise überlappend und zueinander beabstandet angeordnet sein. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Resonanzstruktur 5 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 auch beabstandet zueinander in einer Ebene des Substrates 15 angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 und/oder die planare Resonanzstruktur 5 können beispielsweise als Metalllage ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch, dass in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die elektrisch leitfähige Schicht 2 und/oder die planare Resonanzstruktur aus einem anderen elektrisch leitfähigem Material, wie z. B. dotiertem Halbleitermaterial, ausgebildet sind. Das heißt, die Resonanzstruktur und/oder die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann aus einem dotierten Halbleitermaterial, beispielsweise aus einem hochdotierten Polysiliziummaterial bestehen.
3a zeigt die schematische Draufsicht auf eine Resonanzstruktur 5 in oder auf einem Substrat 15, wobei die Resonanzstruktur 5 eine elektrisch leitfähige Fläche 10 aufweist, die über eine elektrisch leitfähige Verbindung 12 mit einer in diesem Ausführungsbeispiel geschlossenen Ringstruktur 7 verbunden ist. Die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass sämtliche vier Teile der rechteckigen Ringstruktur 7 entlang oder benachbart zu den vier Substratkanten 17 des Substrates 15 angeordnet sind. Zwischen der Ringstruktur 17 und der elektrisch leitfähigen Fläche 10 kann sich eine Beabstandung bzw. eine Lücke oder Gap befinden. Diese Lücke kann ein isolierendes Material 14 aufweisen.
In 3b ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in 3a gezeigt. Im Gegensatz zur 3a ist jedoch in diesem Ausführungsbeispiel (3b) eine offene Ringstruktur 7 dargestellt, die aus einem langen schmalen Leitungsstück gebildet wird, welches zumindest teilweise entlang der Substratkante 17 des Substrates 15 läuft. Die offene elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel wieder mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindungsstelle 12 mit der elektrisch leitfähigen Platte 10 verbunden. Die elektrisch leitfähige Verbindung 12 kann also auch Teil der Resonanzstruktur 5 sein.
In 3c ist beispielsweise schematisch die Draufsicht auf eine Resonanzstruktur 5 mit einer offenen, kurvenförmig ausgelegten Ringstruktur zu sehen. In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen Teile der Ringstruktur 7 nicht entlang oder benachbart zu einer Substratkante 17 des Substrates 15. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt auch die elektrisch leitfähige Platte 10 eine eher unbestimmte Gestalt oder Form, wobei die elektrisch leitfähige Platte 10 und die Ringstruktur 7 in diesem Ausführungsbeispiel z. B. über zwei elektrisch leitfähige Verbindungen 12a, 12b gekoppelt sind.
Wie in 3c zu sehen ist, kann die Vorrichtung bzw. die Resonanzstruktur der Vorrichtung eine oder mehrere elektrische Verbindungen 12 aufweisen, wodurch eine Kopplungsstärke des durch die Ringstruktur 7 und der elektrisch leitfähigen Fläche 10 gebildeten planaren Schwingkreises gegeben ist.
In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 so ausgebildet sein, dass sie weniger als ein Viertel oder weniger als ein Zehntel der Fläche der elektrisch leitfähigen Fläche 10 umfasst. In anderen Worten kann die elektrisch leitfähige Ringstruktur primär eine große Induktivität und die großflächig elektrisch leitfähige Fläche 10 primär eine gewünschte Kapazität für die Resonanzstruktur 5 liefern.
Eine Resonanzstruktur 5 der Vorrichtung 100 kann in Ausführungsbeispielen ein langes schmales Leitungsstück 7 – die Ringstruktur – in einer, die elektrisch leitfähige Fläche 10 umgebenden bzw. teilweise umgebenden Ausgestaltung aufweisen. Die elektrisch leitfähige Fläche 10 kann ebenfalls eine unbestimmte Gestalt aufweisen, um z. B. einen vorbestimmten Kapazitätswert für die Resonanzstruktur zu erreichen und sie kann von der Ringstruktur 7 teilweise oder vollständig umgeben sein. Die Resonanzfrequenz kann durch Variation der Abmessungen der Ringstruktur, der elektrisch leitfähigen Fläche 10 und der elektrischen Verbindung 12 bei der Herstellung verändert und während des Layouts des Schaltungsträgers auf eine bestimmte zu unterdrückende bzw. zu dämpfende Frequenz optimiert bzw. eingestellt werden.
Die planare Resonanzstruktur 5 kann als ein planarer Schwingkreis, beispielsweise wie ein planarer Parallelschwingkreis wirken. Sie kann also einen planaren Schwingkreis definieren. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann von Abmessungen der elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7, der elektrisch leitfähigen Fläche 10 und der elektrischen Verbindung 12, welche die elektrisch leitfähige Ringstruktur 7 und die elektrisch leitfähige Fläche 10 elektrisch verbindet, abhängen.
Anhand der gezeigten Ausführungsbeispiele wird deutlich, dass es eine Vielzahl von weiteren möglichen Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen für die Vorrichtung 100 zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz gibt. Diese sollen hiermit in die Offenbarung eingeschlossen sein.
In 4a ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht eine Vorrichtung 101 zur Unterdrückung der Ausbreitung der elektromagnetischen Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich dargestellt. Mit der Vorrichtung 101 in diesem Ausführungsbeispiel kann also eine elektromagnetische Störung oder auch ein elektromagnetisches (Nutz-)Signal in einem elektrischen System in einem vorbestimmten Frequenzbereich unterdrückt oder gedämpft werden. Dazu weist die Vorrichtung 101 in diesem Ausführungsbeispiel die Vorrichtung 100 mit der ersten planaren Resonanzstruktur 5a und eine zweite planare Resonanzstruktur 5b auf, wobei die zweite Resonanzstruktur eine zweite elektrisch leitfähige Ringstruktur 7b mit Öffnung 3 und eine zweite elektrisch leitfähige Fläche 10b aufweist. Um die elektromagnetische Störung in einem vorbe stimmten Frequenzbereich zu unterdrücken, kann die zweite elektrisch leitfähige Fläche 10b und die zweite elektrisch leitfähige Ringstruktur 7b der zweiten Resonanzstruktur 5b elektrisch miteinander verbunden sein und Abmessungen aufweisen, um zusammen mit der ersten Resonanzstruktur 5a die elektromagnetische Störung zu unterdrücken. Beabstandet zu der Vorrichtung 101 kann wieder die elektrisch leitfähige Schicht 2 (nicht gezeigt in 4a) angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann dieselbe bzw. identische elektrische leitfähige Schicht 2 der Vorrichtung 100 sein.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 101 zwei Resonanzstrukturen 5a und 5b auf, so dass bei geeigneter Wahl der Abmessungen und damit bei geeigneter Wahl der jeweiligen Kapazitätswerte bzw. der jeweiligen Induktivitätswerte eine elektromagnetische Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich unterdrückt werden kann. Die Vorrichtung kann also eine Bandsperrcharakteristik aufweisen, die elektromagnetische Störungen oder Signale in einem bestimmten Frequenzband mit einer bestimmten Bandbreite dämpft bzw. unterdrückt. Die erste Resonanzstruktur 5a und die zweite Resonanzstruktur 5b können beispielsweise in einer strukturierten Metalllage eines Schaltungsträgers oder eines Mikrochips ausgebildet sein, die, wie in 4a dargestellt ist, zwei großflächige Platten 10a, 10b, die auch als Patches bezeichnet werden können, aufweisen. Jeder dieser Patches 10a, 10b ist so dimensioniert, dass eine gewünschte Kapazität C und eine gewünschte Induktivität L in einem gewünschten Frequenzbereich, also dem Frequenzbereich, der unterdrückt werden soll, erzeugt wird. Das heißt, die Abmessungen und Ausgestaltungen der ersten Resonanzstruktur 5a und der zweiten Resonanzstruktur 5b können unterschiedlich sein, so dass über einen bestimmten Frequenzbereich ein Bandsperrverhalten der Vorrichtung 101 erzielt werden kann. Da die Induktivität der elektrisch leitfähigen Flächen, also der Patches 10a und 10b relativ klein ist, kann mit Hilfe der Ringstrukturen 7a und 7b zusätzlich wieder eine größere Induktivität erzeugt werden, um eine höhere und kontrollierbare Sperrbandbreite zu erreichen. Aus diesem Grund können wieder lange schmale Leitungsstücke – die Ringstrukturen 7a und 7b – in Form eines Ringes um den jeweiligen Patch herumgelegt werden. Da eine Induktivität umgekehrt proportional zur Leitungsbreite ist, können zur Erzeugung großer Induktivitäten die Ringstrukturen eine geringe Breite aufweisen, weshalb nur eine sehr kleine Fläche für die Realisierung des Ringes bzw. der Ringstruktur notwendig ist.
Dadurch kann auch genügend Platz für die Platzierung bzw. Verdrahtung von Komponenten, die auf einem Substrat, die die Vorrichtung 101 enthalten, zur Verfügung gestellt werden. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann auch ein unterbrochener Stromrückpfad für andere Komponenten auf anderen Metalllagen zumindest weitgehend vermieden werden. Durch Veränderung der Ringabmessungen kann die Induktivität und damit auch die Resonanzfrequenz der Filteranordnung verändert werden. Dadurch wird die Sperrbandbreite der Resonanzstruktur gesteuert. Mit Hilfe des Ringes bzw. der Ringstruktur erreicht man hohe Induktivitätswerte. Da die Sperrbandbreite proportional zur Induktivität ist, kann eine große Sperrbandbreite durch die Ringstruktur bzw. den Ring erreicht werden.
Jedes Patch 10a, 10b kann mit seinem zugeordneten Ring 7a, 7b durch ein Leitungsstück bzw. eine elektrisch leitfähige Verbindung 12 verbunden sein. Beide Ringe können ebenfalls über ein Leitungsstück oder eine Resonanzstrukturverbindung 18 galvanisch verbunden sein. Durch die Variation der Abmessungen dieses Leitungsstücks und die Anzahl der Leitungs- bzw. Resonanzstrukturverbindungsstücke 18 kann die parasitäre Kopplung zwischen jedem Patch 10a, 10b und seinem zugeordneten Ring 7a, 7b, sowie zwischen den beiden Ringen bzw. Resonanzstrukturen 5a, 5b variiert werden. Dadurch kann das Sperrverhalten für elektromagnetische Signale bzw. elektromagnetische Störungen gesteuert werden.
In einigen Ausführungsbeispielen sind die beiden Resonanzstrukturen bzw. die beiden Patches galvanisch miteinander verbunden, so dass nur eine Versorgungsspannungsquelle notwendig ist, um die DC-Spannungsversorgung auf beiden Platten 10a, 10b sicherzustellen. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die beiden Resonanzstrukturen 5a und 5b auch kapazitiv oder induktiv miteinander gekoppelt sein. In diesem Fall kann eine Resonanzstrukturverbindung 18 fehlen und es kann ferner nötig sein, zwei unabhängige Versorgungsspannungsquellen an die entsprechenden Resonanzstrukturen zu koppeln.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 101 so ausgebildet sein, d. h. die Abmessungen und Ausgestaltung der ersten Resonanzstruktur 5a und der zweiten Resonanzstruktur 5b, sowie deren Kopplung kann so ausgebildet sein, dass eine elektromagnetische Störung oder ein elektromagnetisches Signal beispielsweise in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 30 GHz oder in einem Frequenzbereich von 1 GHz bis 20 GHz unterdrückt oder gedämpft werden kann.
Wie in 4a zu sehen ist, kann ein Patch bzw. eine elektrisch leitfähige Fläche 10 beispielsweise eine Patchbreite B_P und eine Patchlänge L_P aufweisen. Eine zweite elektrisch leitfähige Fläche bzw. ein zweites Patch 10b kann eine zur ersten leitfähigen Fläche 10a unterschiedliche Patchbreite und Patchlänge aufweisen.
In 4b ist ein Detailausschnitt zu dem Ausführungsbeispiel in 4a dargestellt. Zwischen den Resonanzstrukturen 5a und 5b kann isolierendes Material 14 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Länge des Leitungsstücks bzw. der elektrisch leitfähigen Verbindung oder Brücke zwischen einem Patch 10a und seinem dazugehörigen entsprechenden Ring 7a eine Länge L_bpr betragen. Die Breite des Leitungsstückes oder der Brücke zwischen einem Patch 10a und seinem dazugehörigen Ring bzw. Ringstruktur 7a kann eine Breite B_bpr aufweisen.
In 4c ist eine weitere Detailansicht zu dem Ausführungsbeispiel der 4a dargestellt. In dieser Teilansicht ist gezeigt, dass die beiden Ringstrukturen 7a und 7b der beiden Resonanzstrukturen 5a und 5b über eine Resonanzstrukturverbindung 18 galvanisch verbunden sind. Die Länge des Leitungsstückes oder der Brücke zwischen den beiden Ringstrukturen, also die Resonanzstrukturverbindung 18, kann beispielsweise eine Länge L_brr aufweisen. Die Breite dieses Leitungsstückes bzw. der Brücke zwischen den beiden Ringen 7a und 7b kann beispielsweise B_brr betragen.
4d zeigt eine weitere Detailansicht zu dem Ausführungsbeispiel aus 4a. Die elektrische leitfähige Fläche 10b der Resonanzstruktur 5b ist zu ihrer entsprechenden elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7b beabstandet angeordnet. Der Abstand kann, wie in 4d gezeigt ist, beispielsweise einen Wert A_pr aufweisen. Zwischen der elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7b und der elektrisch leitfähigen Fläche 10b kann ein isolierendes Material 14 angeordnet sein.
Bei der Verwendung eines Schaltungsträgers für diskrete Bauelemente als Substrat 15 kann es sich bei dem isolierenden Material 14 um ein entsprechende Schaltungsträger- bzw. Leiterplattenmaterial, wie z. B. FR4, FR5 etc. handeln. Denkbar ist natürlich auch die Verwendung anderer isolierender Materialien. In einem Mikrochip kann es sich bei dem isolierenden Material 14 beispielsweise um oxidische oder nitridische Verbindungen handeln, die zwischen der elektrisch leitfähigen Ringstruktur und der elektrisch leitfähigen Fläche zur Isolierung angeordnet sind.
In 5a ist die Draufsicht zu einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zur Unter drückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich wieder zwei Resonanzstrukturen 5a und 5b auf. Beide Resonanzstrukturen 5a und 5b können bezüglich der Abmessungen und der Ausgestaltung oder Form ihrer jeweiligen leitfähigen Ringstrukturen 7a, 7b und ihrer Patches 10a, 10b unterschiedlich sein. Dadurch kann die erste Resonanzstruktur 5a beispielsweise einen Kapazitätswert C1 aufweisen, der primär durch die genaue Abmessung und Form der elektrisch leitfähigen Fläche 10a gegeben ist. Die erste Resonanzstruktur 5a weist in diesem Ausführungsbeispiels eine geschlossene elektrisch leitfähige Ringstruktur 7a mit einem entsprechenden Induktivitätswert L1 auf. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die erste elektrisch leitfähige Ringstruktur 7a und die erste elektrisch leitfähige Fläche 10a über drei elektrische Verbindungen 12 miteinander gekoppelt. Beabstandet zu den Resonanzstrukturen 5a und 5b kann wieder die elektrisch leitfähige Schicht 2 angeordnet ein.
Die zweite Resonanzstruktur 5b besitzt in diesen Ausführungsbeispielen eine offene zweite elektrisch leitfähige Ringstruktur 7b, die eine geringere Breite aufweist als die erste Ringstruktur 7a und daher aufgrund der unterschiedlichen Abmessung einen unterschiedlichen Induktivitätswert L2 besitzt. Die zweite Ringstruktur 7b ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine elektrische Verbindung 12 mit der zweiten elektrisch leitfähigen Fläche 10b bzw. dem zweiten Patch 10b verbunden. Die Abmessung dieser zweiten elektrischen Fläche 10b kann im Vergleich zur Abmessung der ersten elektrisch leitfähigen Fläche 10a unterschiedlich sein, weshalb sich ein Kapazitätswert C2 ergibt, der gegenüber dem Kapazitätswert C1 der ersten Resonanzstruktur unterschiedlich sein kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist also nochmals anschaulich gezeigt, dass die Resonanzstrukturen 5a, 5b aufgrund ihrer Abmessungen unterschiedliche Kapazitätswerte und unter schiedliche Induktivitätswerte aufweisen können und daher eine unterschiedliche Resonanzfrequenz besitzen können.
Die erste Resonanzstruktur 5a und die zweite Resonanzstruktur 5b sind in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Resonanzstrukturverbindungsstellen 18 elektrisch verbunden, wodurch in diesem Ausführungsbeispiel eine galvanische Kopplung zwischen den beiden Resonanzstrukturen gegeben ist. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die beiden Resonanzstrukturen 5a, 5b beispielsweise auch kapazitiv oder induktiv gekoppelt sein. Das heißt, es ist auch denkbar, dass die Strukturen ohne Resonanzstrukturverbindungen 18 ausgebildet sind und beispielsweise nur kapazitiv gekoppelt sind.
Wie in 5b dargestellt ist, kann als vereinfachtes Ersatzschaltbild für die obigen Resonanzstrukturen 5a, 5b zwei hintereinander geschaltete Parallelschwingkreise angegeben werden. Der erste Parallelschwingkreis weist einen Kapazitätswert C1 auf, der primär durch die erste elektrisch leitfähige Fläche 10a gegeben ist und einen Induktivitätswert L1, der primär durch die erste elektrisch leitfähige Ringstruktur 7a gegeben ist. Der zweite parallele Schwingkreis kann einen Kapazitätswert C2 aufweisen, der hauptsächlich durch den Beitrag der zweiten elektrischen Fläche 10b gegeben ist. Der entsprechende Induktivitätswert des zweiten parallelen Schwingkreises kann L2 betragen und primär durch die zweite Ringstruktur 7b gegeben sein. Der kapazitive Beitrag der Ringstrukturen und der induktive Beitrag der elektrisch leitfähigen Flächen zur Gesamtkapazität und zur Gesamtinduktivität der Resonanzstruktur kann dagegen gering sein und damit sekundär. Die beiden Parallelschwingkreise können, wie in der 5b dargestellt ist, über eine Kopplungskapazität C_kp und eine Kopplungsinduktivität L_kp miteinander gekoppelt sein.
Jede elektrisch leitfähige Fläche 10a, 10b kann mit ihrer Ringstruktur 7a, 7b über ein Leitungsstück bzw. über eine elektrische Verbindung 12 verbunden sein. Beide Ringstrukturen 7a und 7b sind in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch mit einem Leitungsstück – der Resonanzstrukturverbindung 18 – verbunden. Durch die Variation der Abmessungen der elektrischen Verbindungen 12 und der Resonanzstrukturverbindungen 18 und die Anzahl dieser Leitungsstücke kann die parasitäre Kopplung zwischen jedem Patch und seinem Ring, also beispielsweise zwischen der ersten elektrischen Fläche 10a und der ersten elektrischen Ringstruktur 7a, sowie zwischen beiden Ringstrukturen bzw. Resonanzstrukturen 5a, 5b variiert werden. Dadurch kann also die Kopplungsstärke zwischen den beiden parallelen Schwingkreisstrukturen eingestellt werden und damit auch das Sperrverhalten, wie z. B. die Sperrbandbreite gesteuert werden. Sind die beiden Patches 10a, 10b galvanisch verbunden, so ist nur eine Versorgungsspannungsquelle notwendig, um die DC-Spannungsversorgung auf beiden Platten sicherzustellen. Das heißt, in Ausführungsbeispielen, in denen die beiden Resonanzstrukturen galvanisch verbunden sind, kann die elektrisch leitfähige Resonanzstruktur, die beispielsweise eine Metalllage ist, mit Hilfe eine einzigen Spannungsversorgung auf ein entsprechendes Versorgungspotenzial gelegt werden und die elektrisch leitfähige Schicht 2, auf ein entsprechendes zweites elektrisches Potenzial.
Vom Grad der Kopplung kann es abhängen, wie die Resonanzkurve des Gesamtgebildes der beiden hintereinander geschalteten parallelen Schwingkreise aussieht. Je enger die Kopplung zwischen den beiden Resonanzstrukturen 5a und 5b wird, desto weiter können die Einzelresonanzkurven der beiden Schwingkreise auseinanderrücken. Bei einer kritischen Kopplung kann ein flacher Mittelteil entstehen – der Bandsperrbereich – wobei die Sperrbandbreite proportional zur Induktivität der Ringstrukturen ist, weshalb durch die schmalen Ringstrukturen mit ihrer hohen Induktivität eine große Sperrbandbreite erreicht werden kann.
Die Resonanzstruktur 5a und die zweite Resonanzstruktur 5b können über mindestens eine elektrisch leitfähige Resonanzstrukturverbindung 18 elektrisch verbunden sein, wobei die Anzahl und die Abmessung der Resonanzstrukturverbindung 18 abhängig von einer erwünschten Kopplungsstärke zwischen der Resonanzstruktur 5a und der zweiten Resonanzstruktur 5b ausgewählt werden kann.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem elektrischen System eine Vielzahl von Resonanzstrukturen aufweisen mit gleichen oder unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Flächen 10 und Ringstrukturen 7. Diese Vielzahl von Resonanzstrukturen kann beispielsweise kapazitiv, induktiv oder galvanisch miteinander gekoppelt sein. Die elektrisch leitfähigen Flächen 10 und die elektrisch leitfähigen Ringstrukturen 7 können ebenfalls auf unterschiedliche Weise miteinander elektrisch verbunden sein und unterschiedliche Form und Ausgestaltung besitzen. Die Vielzahl der unterschiedlichen Resonanzstrukturen können ähnliche Resonanzfrequenzen aufweisen, unterschiedliche Resonanzfrequenzen oder gleiche Resonanzfrequenzen. Durch die Vielzahl der Resonanzstrukturen kann die Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung eine große Sperrbandbreite aufweisen, die beispielsweise von 1 MHz bis 50 GHz reicht ist.
Die Resonanzstrukturen können beispielsweise in einer Metalllage eines PCB angeordnet sein oder auch in einer Metallisierungslage eines Mikrochips. Die Vielzahl der Resonanzstrukturen kann auf ein vorbestimmtes erstes Potenzial gelegt werden. Bei diesem ersten Potenzial kann es sich beispielsweise um ein Versorgungspotenzial für einen Mikrochip oder für ein elektrisches System mit diskreten Bauelementen handeln. Bei dem Potenzial kann es sich aber auch beispielsweise um ein Massepotenzial handeln. Das heißt, die Resonanzstrukturen können auch in einer Massepotenzial metalllage eines Schaltungsträgers oder eines Mikrochips angeordnet sein.
In 6 ist in einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel zu der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 101 zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung zwei Resonanzstrukturen 5a und 5b in einer Metalllage 20 auf. Die elektrisch leitfähigen Ringstrukturen der Resonanzstrukturen 5a und 5b können in diesem Ausführungsbeispiel Öffnungen 3 aufweisen. Es kann sich also um offene, elektrisch leitfähige Ringstrukturen 7a, 7b handeln. Die Metalllage kann in oder auf der Oberfläche eines Substrates 15 angeordnet sein. Beabstandet zu der Metalllage 20 mit den Resonanzstrukturen 5a und 5b ist die elektrisch leitfähige Schicht 2 angeordnet. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann ebenfalls als Metalllage in dem Substrat 15 bzw. an einer Oberfläche des Substrates 15 ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel weist nun auch die elektrisch leitfähige Schicht 2 eine Resonanzstruktur 5c auf. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrisch leitfähige Schicht 2 zur Bildung mindestens einer weiteren Resonanzstruktur 5c strukturiert. Es ist also denkbar, dass auch die elektrisch leitfähige Schicht 2 eine oder mehrere Resonanzstrukturen aufweist. Die Resonanzstruktur 5c in der elektrisch leitfähigen Schicht 2 wird wiederum durch eine elektrisch leitfähige Fläche 10c und einer elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7c gebildet. Diese Strukturen können eine zu Strukturen der Resonanzstrukturen 5a und 5c unterschiedliche Abmessung und Ausgestaltung aufweisen. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Fläche 10c über zwei elektrisch leitfähige Verbindungen 12 mit der Ringstruktur 7c verbunden sein.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung 101 in oder auf einem Substrat 15 angeordnet sein. Eine erste Resonanzstruktur 5a kann in einer ersten Hälfte 15a und eine zweite Resonanzstruktur 5b kann in einer anderen Hälfte 15b des Substrates 15 in einer strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht 20 angeordnet sein. Dabei können Teile 7a' der ersten elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7a und Teile 7b' der zweiten elektrisch leitfähigen Ringstruktur 7b einander zugewandt sein und andere Teile der Ringstrukturen 7a und 7b können benachbart zu einer Substratkante 17 des Substrates 15 angeordnet sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Resonanzstrukturen 5a und 5b so angeordnet sein, dass eine maximale Substratfläche des Substrates 15 mit den Resonanzstrukturen bedeckt ist. Dadurch kann ausreichend Platz für die Platzierung bzw. Verdrahtung von Komponenten bzw. Schaltkreisen auf dem Substrat zur Verfügung gestellt werden. Zudem kann eine Unterbrechung des Stromrückpfades für andere Komponenten auf anderen Metalllagen in dem Substrat bzw. Schaltungsträger (PCB) bzw. dem Mikrochip weitgehend vermieden werden.
7 zeigt die schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 100; 101 zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung in einem Substrat 15. Die Resonanzstruktur 5 kann in einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet sein, die eine Dicke t₁ beträgt. Bei dieser Schicht kann es sich um eine Metalllage handeln und t₁ die entsprechende Metallisierungsdicke sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann ebenfalls eine Metalllage mit einer entsprechenden Metallisierungsdicke t₂ sein. Die planare Resonanzstruktur 5 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 können beabstandet zueinander angeordnet sein. Der Abstand h kann beispielsweise der Dicke des Substrates 15 entsprechen. Die Resonanzstruktur 5 und die elektrisch leitfähige Schicht 2 können aber auch beabstandet zueinander in Metallinnenlagen eines PCB-Substrates bzw. eines Mikrochips angeordnet sein.
In 8a ist schematisch ein elektrisches System 50 mit einer Vorrichtung 100, 101 zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz oder in einem vorbestimmten Frequenzbereich dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel kann das elektrische System 50 beispielsweise ein Schaltungsträger mit diskreten elektronischen Bauteilen 52 sein. Bei den Bauteilen 52 kann es sich um analoge bzw. digitale Bauteile bzw. um entsprechende analoge oder digitale Subsysteme handeln. Der Schaltungsträger – das PCB – kann mehrere Metalllagen 20a bis 20d aufweisen. In dem in 8a aufgeführten Beispiel kann die Resonanzstruktur 5 beispielsweise in der Metalllage 20b ausgebildet sein, während die elektrisch leitfähige Schicht 2, die beispielsweise als Masseplatte dienen kann, in der Metalllage 20c ausgebildet ist. Die diskreten elektrischen Bauelemente 52 bzw. die Subsysteme können über elektrische Verbindungen, wie z. B. VIAs 54, an die entsprechenden Versorgungslagen, z. B. 20b angeschlossen sein. Die verschiedenen Metalllagen 20a bis 20d können gegeneinander elektrisch isoliert sein, wobei das Schaltungsträgermaterial bzw. das Substratmaterial ein Leiterplattenträgermaterial sein kann, wie z. B. FR4, FR5 oder Leiterplattenträgermaterial der Firmen Rodgers, Nelco oder Gore. Die Metallagen können z. B. Kupfer oder Aluminium aufweisen. An die Metalllagen 20b kann ein erstes Potenzial, z. B. die Versorgungsspannung VDD anlegbar sein und an die Metalllage 20c kann ein zweites elektrisches Potenzial, also z. B. das Massepotenzial VCC anlegbar sein.
In 8b ist ein weiteres elektrisches System 50 mit der Vorrichtung 100; 101 dargestellt. Bei diesem elektrischen System 50 handelt es sich um einen Mikrochip, der in einem schematischen Querschnitt dargestellt ist. Ein Mikrochip kann in einem Halbleitersubstrat 60 beispielsweise Transistorstrukturen 65, sowie unterschiedliche Metallisierungslagen 20a, 20b, 20c, die zur Verdrahtung und Kontaktierung der Halbleiterstrukturen benötigt werden, aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel kann nun die Resonanzstruktur 5 beispielsweise in einer Metallisierungslage 20a, an die eine Versorgungsspannung VDD anlegbar ist, ausgebildet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 kann ebenfalls als Metallisierungslage 20b ausgebildet sein, an die das Massepotenzial VCC des Mikrochips anlegbar ist. Die Metallisierungslage 20b kann also als Groundplane dienen und die Metallisierungslage 20a mit der entsprechenden Resonanzstruktur 5 als Versorgungsmetallisierungslage für eine Versorgungsspannung VDD des Mikrochips dienen. Die Metallisierungslagen 20a und 20b können zumindest teilweise überlappend und durch ein dielektrisches Medium beabstandet in dem Mikrochip angeordnet sein.
Elektromagnetische Störungen in einem Mikrochip können beispielsweise dadurch entstehen, dass mehrere Ausgangspuffer des Mikrochips gleichzeitig schalten und so störende Strom- und Spannungsspikes entstehen, die die Signalintegrität der Nutzsignale des elektrischen Systems stören können.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist eine planare Struktur – also die Resonanzstruktur – gezeigt, die ausgebildet ist um beispielsweise Subsysteme, wie analoge Schaltungsteile oder digitale Schaltungsteile eines Schaltungsträgers oder Mikrochips, elektromagnetisch zu entkoppeln und beispielsweise Simultaneous Switching Noise (SSN) zu unterdrücken oder zu dämpfen. Diese planare Struktur kann es ermöglichen, eine Entkopplung des Rauschens zu erreichen, ohne dabei die Fläche für die Platzierung und Verdrahtung anderer Komponenten und Leitungen des elektrischen Systems einzuschränken und ohne dabei den Stromrückpfad für Komponenten bzw. Schaltkreise, die diese Platte mit der Resonanzstruktur als Referenz benutzen, zu unterbrechen. Bei herkömmlichen Systemen, wie z. B. den oben erwähnten EBGs und anderen herkömmlichen periodischen Strukturen kann es zu eine Unterbrechung des Stromrückpfades kommen. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung lässt sich die Entkopplung bzw. die Unterdrückung der elektromagnetischen Störung sehr kostengünstig reali sieren, da beispielsweise nur zwei Metalllagen, nämlich eine Powermetalllage und eine Massemetalllage verwendet werden können. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung brauchen keine VIAs oder andere diskrete Bauteile benutzt werden, um eine elektromagnetische Störung bzw. ein elektromagnetisches Signal bei einer vorbestimmten Frequenz in einem elektrischen System zu dämpfen oder zu unterdrücken.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung eine zweilagige planare Struktur aufweisen, die hochfrequente Störungen in einer großen Bandbreite für beliebige Frequenzbereiche an der Ausbreitung in dem elektrischen System hindert. Gleichzeitig kann diese planare Struktur genug Platz für die Platzierung bzw. Verdrahtung von Komponenten bieten. Die Struktur kann, wie oben bereits erwähnt, den Pfad für den Rückstrom für Komponenten, die diese Struktur als Referenz benutzen, so wenig wie möglich unterbrechen. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann zur Realisierung der Struktur eine Metalllage so strukturiert sein, dass diese Struktur ein Bandsperrverhalten innerhalb eines Frequenzbereiches, in dem die Störung entkoppelt werden soll, aufweist. Die planare Struktur kann beispielsweise als planare Resonanzstruktur ausgebildet sein, die dann eine Art planare Parallelschwingkreisstruktur darstellt. Die strukturierte Metalllage kann aus zwei Platten, die auch als Patches bezeichnet werden, bestehen. Jeder dieser Patches ist so dimensioniert, dass eine gewünschte Kapazität C und eine gewünschte Induktivität L im gewünschten zu dämpfenden oder unterdrückenden Frequenzbereich erzeugt wird.
Wie in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wird durch die Benutzung von Ringen bzw. Ringstrukturen eine große Induktivität erreicht. Da die Induktivität proportional zur Sperrbandbreite ist, wird auch eine große Sperrbandbreite der planaren Resonanzstruktur erreicht. Durch Variation der Abmessungen des Ringes bzw. der Ringstruktur sowie der Leitungsstücke, die jeden Ring und seinen Patch verbindet und des Leitungsstücks, das die beiden Patches verbindet, wird die Sperrbandbreite kontrolliert.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann durch die Verwendung der Vorrichtung 100; 101 ein hoher Platzbedarf vermieden werden und bessere Signalintegritätseigenschaften für Komponenten, die diese Funktionsstruktur als Referenzlage benutzen, erzielt werden. Da der Ring an den Rändern des Patches platziert werden kann bzw. nahe oder benachbart zur Substratkante in der die Vorrichtung 100; 101 ausgebildet ist, steht mehr Platz im Vergleich zu herkömmlichen EBG-Struktur für die Platzierung bzw. Verdrahtung von Komponenten des Systems zur Verfügung. Dadurch kann die Integrationsdichte erhöht werden. Da durch die planare Struktur relativ wenig Platz benötigt wird, bleibt auch viel Platz auf der Metalllage übrig, damit ein kontinuierlicher Stromrückpfad für Komponenten, die die Funktionsstruktur (Resonanzstruktur) als Referenz benutzen verfügbar bleibt. Dadurch können die Signalintegritätseigenschaften dieser Komponenten viel besser sein, als bei Komponenten, die eine herkömmliche EBG-Struktur als Referenzlage benutzen.
Da die Resonanzfrequenz und der Sperrbandbereich durch die Strukturierung bzw. den Abmessungen der neuen Struktur gesteuert werden können, kann auf herkömmliche periodische Strukturen verzichtet werden. Diese periodischen Strukturen, z. B. mäanderförmige Strukturen, können dazu führen, dass viel Platz für die Realisierung der Filtereigenschaften verbraucht wird. Dadurch wird auch der Stromrückpfad für Komponenten, die diese periodische Strukturen als Referenz nutzen, gestört bzw. sogar unterbrochen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die planaren Resonanzstrukturen – mit gewöhnlicher Leiterplattentechnologie realisiert werden. Zur Erzielung gro ßer Sperrbandbreiten für die Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen oder Signalen kann auf VIAs, auf diskrete Bauelemente zur Unterdrückung oder zusätzliche verlustbehaftete Materialien für elektromagnetische Signale verzichtet werden. Die Resonanzstruktur kann eine Filterfrequenz, also eine Bandstoppfrequenz aufweisen, die von ihrer baulichen Abmessungen abhängt. Die Vorrichtung mit der Resonanzstruktur kann also als ein Filter für elektromagnetische Signale wirken und eine entsprechende durch die Resonanzstruktur bestimmte Filtercharakteristik aufweisen. Beispielsweise kann diese Filtercharakteristik eine Bandsperrcharakteristik sein, die elektromagnetische Signale in einem bestimmten Frequenzbereich unterdrückt bzw. dämpft und elektromagnetische Signale oberhalb oder unterhalb dieses Filter- bzw. Frequenzbereiches ungedämpft oder nahezu ungedämpft passieren lässt.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei planare metallische Resonanzstrukturen in einer strukturierten Metalllage eines Substrates aufweisen, wobei eine laterale Substratfläche durch die zwei planeren metallischen Resonanzstrukturen nahezu vollständig, also z. B. zu mehr als 99%, zu mehr als 95% oder zu mehr als 90% bedeckt sein kann. Die zweiplanaren Resonanzstrukturen können als Messepotenzial- oder als Versorgungspotenzial-Metalllage dienen.

Claims

Vorrichtung (100) zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung bei einer vorbestimmten Frequenz in einem elektrischen System, mit folgenden Merkmalen: einer elektrisch leitfähigen Schicht (2); und einer planaren Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c), die beabstandet zu der elektrisch leitfähigen Schicht (2) angeordnet ist; wobei die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) eine elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) und eine von der elektrisch leitfähigen Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) umgebene elektrisch leitfähige Fläche (10; 10a; 10b; 10c) umfasst; und wobei die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) und die elektrisch leitfähige Fläche (10; 10a; 10b; 10c) elektrisch verbunden sind und Abmessungen aufweisen, um die elektromagnetische Störung bei der vorbestimmten Frequenz zu unterdrücken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einem Substrat (15), wobei die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) und die elektrisch leitfähigen Schicht (2) in oder auf dem Substrat (15) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) zumindest teilweise benachbart zu einer Substratkante (17) des Substrates (15) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) zumindest teilweise überlappend zu der elektrisch leitfähigen Schicht (2) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der an die elektrisch leitfähige Schicht (2) ein erstes elektrisches Potenzial anlegbar ist und bei der an die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) ein zweites elektrisches Potenzial anlegbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die elektrisch leitfähige Schicht (2) und/oder die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) als Metalllage ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) einen planaren Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz definiert, die von den Abmessungen der elektrisch leitfähigen Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c), der elektrisch leitfähigen Fläche (10; 10a; 10b; 10c) und mindestens einer elektrischen Verbindung (12), welche die elektrisch leitfähigen Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) und die elektrisch leitfähige Fläche (10; 10a; 10b; 10c) elektrisch verbindet, abhängt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die elektrisch leitfähigen Fläche (10; 10a; 10b; 10c) eine Abmessung aufweist, die primär einen Kapazitätswert der Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) bestimmt und bei der die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) eine Abmessung aufweist, die primär einen Induktivitätswert der Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) bestimmt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) als geschlossene Ringstruktur ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) weniger als ein Viertel oder weniger als ein Zehntel der Fläche der elektrisch leitfähigen Fläche (10; 10a; 10b; 10c) umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10, bei der die elektrisch leitfähige Ringstruktur (7; 7a; 7b; 7c) als offene Ringstruktur ausgebildet ist, die eine Öffnung (3) aufweist.
Vorrichtung (101) mit: einer Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und einer zweiten planaren Resonanzstruktur (5b), mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Ringstruktur (7b) und einer zweiten elektrisch leitfähigen Fläche (10b), die elektrisch verbunden sind und Abmessungen aufweisen, um zusammen mit der Resonanzstruktur (5; 5a) die elektromagnetische Störung in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu unterdrücken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der die Resonanzstruktur (5; 5a) und die zweite planare Resonanzstruktur (5b) induktiv oder kapazitiv miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der die Resonanzstruktur (5; 5a) und die zweite planare Resonanzstruktur (5b) über mindestens eine elektrisch leitfähige Resonanzstrukturverbindung (18) verbunden sind, und wobei die Anzahl und die Abmessung der Resonanzstrukturverbindung (18) abhängig von einer erwünschten Kopplungsstärke zwischen der Resonanzstruktur (5; 5a) und der zweiten Resonanzstruktur (5b) ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der die Resonanzstruktur (5; 5a) und die zweite Resonanzstruktur (5b) zwei gekoppelte, planare Schwingkreise mit einer Sperrbandbreite definieren, die von den Abmessungen der Resonanzstruktur (5; 5a), den Abmessungen der zweiten Resonanzstruktur (5b) und der Kopplungsstärke zwischen der Resonanzstruktur (5; 5a) und der zweiten Resonanzstruktur (5b) abhängt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der der vorbestimmte Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 30 GHz oder zwischen 1 GHz und 20 GHz liegt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, mit einem Substrat (15), wobei die Resonanzstruktur (5a) in einer Hälfte (15a) und die zweite Resonanzstruktur (5b) in einer anderen Hälfte (15b) in einer strukturieren elektrisch leitfähigen Schicht (20) des Substrates (15) angeordnet sind, wobei Teile der Ringstruktur (7a'; 7b') der Resonanzstruktur (5a) und der zweiten Resonanzstruktur (5b) einander zugewandt sind und andere Teile der Ringstruktur (7a) der Resonanzstruktur (5a) und andere Teile der zweiten Ringstruktur (7b) der zweiten Resonanzstruktur (5b) benachbart zu einer Substratkante (17) des Substrates (15) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der die planare Resonanzstruktur (5; 5a) und die zweite planare Resonanzstruktur (5b) eine Fläche umfasst die größer ist als 90% oder 95% einer lateralen Substratfläche des Substrates (15).
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die elektrisch leitfähige Schicht (2) zur Bildung mindestens einer weiteren Resonanzstruktur (7c) strukturiert ist.
Elektrisches System (50) mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Störung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (2) als eine erste Metalllage in einem Substrat (15) ausgebildet ist, an die ein erstes Potenzial anlegbar ist und die planare Resonanzstruktur (5; 5a; 5b) in einer zweiten Metalllage ausgebildet ist, an die ein zweites Potenzial des elektrischen Systems anlegbar ist.
Elektrisches System (50) gemäß Anspruch 20, bei dem das Substrat (15) ein Schaltungsträger für diskrete elektronische Bauteile (52) ist.
Elektrisches System (50) gemäß Anspruch 21, bei dem das Schaltungsträgermaterial des Schaltungsträgers eine Dielektrizitätszahl ε_r kleiner 4 oder kleiner 3.5 bei einer Frequenz von 1 GHz aufweist.
Elektrisches System (50) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 22, das analoge und/oder digitale Schaltungen aufweist.
Elektrisches System (50) gemäß Anspruch 20, bei dem es sich bei dem elektrischen System um einen Mikrochip handelt und das Substrat (15) Metallisierungsebenen aufweist über die Halbleiterbauelemente in einem Halbleitersubstrat elektrisch verbunden sind.
Elektrisches System (50) gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei an die elektrisch leitfähige Schicht (2) als erstes elektrisches Potenzial ein Massepotenzial anlegbar ist und wobei an die Resonanzstruktur (5; 5a; 5b; 5c) als zweites elektrisches Potenzial ein Versorgungspotenzial des elektrischen Systems anlegbar ist.