Hallo, ich habe mir mit AppCad mal ausrechnen lassen wie breit meine Leiterbahn sein muss auf einer FR4 Platine. Können die 2,729 mm stimmen? Das erscheint mir recht viel. Danke.
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Die Berechnung ist korrekt. Impedanzdefinierte Leiterbahnen macht man i.d.R. aber nicht mit einer 1,55mm dicken 2-Lagen-Platine, sondern auf einem Multilayerboard, bei dem man zwischen den entsprechenden Lagen Abstände von 100-200µm realisiert.
Das stimmt so schon. Bei einer 1,5mm starken Platine wird die 50Ohm-Leiterbahn auf FR4 schon reichlich breit. Das EpsilonR kann bei FR4 von Hersteller zu Hersteller, als auch auf ein und derselben Platine im übrigen stark schwanken (siehe Datenblatt, falls vorhanden). Falls 3mm zu breit sind, hilft nur ein anderes Material (höheres EpsilonR) oder eine dünnere Platine.
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Ich könnte die Leiterbahn aber auch in eine durchgehende Massefläche "einbetten", dann hätte ich eine koplanare Streifenleitung und keine Microstreifenleitung mehr?!
Wäre ebenfalls möglich, dazu musst du aber den Mindestabstand beachten, den dein Platinenhersteller zwischen zwei Leiterbahnen minimal herstellen kann (die 0,295mm aus dem Screenshot sind in der Regel machbar - trotzdem schlau machen!). Die Leiterbahn ist nach der Herstellung allerdings im Schnitt kein so schönes Rechteck, sondern sie ist je nach Herstellungsverfahren mehr oder weniger trapezförmig. Je enger du den Abstand machst, desto größer wird der Einfluss dieses Fehlers und desto stärker wirken sich eventuelle Toleranzen beim Herstellungsprozess aus. Ich würde daher nicht an die Grenze des machbaren gehen (all zu viel Erfahrung habe ich damit aber auch nicht, das schreibe ich sicherheitshalber mal dazu - falls ich Blödsinn schreibe kann mich gerne jemand korrigieren).
Hallo, die Frage ist, lässt du einfach so fertigen, wie du es berechnet hast (nicht empfehlenswert, wenn es wirklich auf die Impedanz ankommt) oder lässt du die LP mit "kontrollierter Impedanz" fertigen. Das kostet richtig Geld, aber dann überprüft der Hersteller erstmal deine Berechnungen, korrigiert die Breite wenn möglich oder gibt dir das Layout zur Korrektur zurück, und während und nach der Fertigung werden Messungen durchgeführt, am Ende bekommst du ein Messprotokoll dazu. Die genauen Daten für die von ihm verwendeten Materialien kennt eh nur der Hersteller, genau wie seine Prozessparameter wie etwa die angesprochene Trapezform, und er muss letzlich dafür garantieren dass die Leiterbahnen 50 Ohm +- x% haben. Wenn du nur geradeaus nach eigenen Berechnungen fertigen lässt, trägst du selbst das Risiko. Du könntest dich ganz und gar verrechnet haben - eher weniger wahrscheinlich - oder du hast so ungefähr 50 Ohm, möglicherweise +- 20%. In deinem Fall sollte man übrigens den Lötstopplack in die Berechnung mit einbeziehen, sofern vorhanden. Gruss Reinhard
Hallo Reinhard, danke für deine Ausführungen. Da es sich nur um Prototypen handelt kann ich die Impedanzbetrachtung leider nur selbst in die Hand nehmen. Das mit dem Lötstopplack habe ich mir auch schon gedacht. Wo finde ich da Formeln für die Berechnung? Oder einfach den Lötstopplack an der Steller weglassen?
Absoluter Beginner schrieb: > danke für deine Ausführungen die du offenbar nicht richtig gelesen oder nicht verstanden hast. > Da es sich nur um Prototypen handelt kann > ich die Impedanzbetrachtung leider nur selbst in die Hand nehmen. nein... absolut nicht.
@michael_h45: Danke für deinen wirklich sehr konstruktiven Beitrag. Wenn du was beisteuern willst was mich weiterbringt, dann poste das, wenn nicht einfach mal die Tasten stillhalten. Ich habe es gelesen und muss akzeptieren dass die Impedanz nicht ganz stimmt, aber ich kann es nach bestem Wissen fertigen lassen. Für den Prototyp vollkommen ausreichend. Die Frage ist nun, wieviel macht der Lötstopplack aus?! Gibt es irgendwo Formeln für einen "coated coplanar waveguide".
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Absoluter Beginner schrieb: > Gibt es irgendwo > Formeln für einen "coated coplanar waveguide". Es gibt eine Software von polarinstruments für rund 6000 Euro, soweit ich weiss. LP-Hersteller mit Impedanz-Programm haben die i.d.R., führen aber verständlicherweise keine kostenlosen Berechnungen durch. Online benutzen kannst du: http://www.eecircle.com/applets/TraceAnalyzerApplet/TraceAnalyzerApplet.html#Applet Da musst du dich allerdings erstmal einarbeiten und Material definieren, dann den Aufbau. Für die Standardsachen wie Microstrip und Stripline gibt es viele Kalkulatoren, aber kaum welche für Coplanar und keine mit Lötstopplack. Der Einfluss der Flankensteilheit ist relativ gering, siehe Diagramm (aus Wadell, Transmission Line Design Handbook). Gruss Reinhard
Hallo, Ergänzung: die effektive Dielektrizitätskonstante ändert sich etwa von 3,1 ohne auf 3,3 mit Lötstopplack, das macht an der 50-Ohm-Leiterbahn nur rund 2 Ohm aus (u.a. weil die LP VIEL dicker ist als der Lack - bei ML kann das viel mehr sein). Übrigens erhöht die Unterätzung die Impedanz, der Lötstopplack erniedrigt sie - mit etwas Glück gleicht sich das aus. Gruss Reinhard
Danke Reinhard, du bist eine echte Hilfe! Je schmaler ich den Abstand zwischen Leiterbahn und Massefläche mache, desto geringer ist der Trapezeffekt? Ist das richtig? Ich würde tendenziell den Lötstopplack weglassen und den Abstand Leiterbahn zu Masse so gering wie möglich wählen.
Absoluter Beginner schrieb: > Je schmaler ich den Abstand zwischen Leiterbahn und Massefläche mache, > desto geringer ist der Trapezeffekt? Ist das richtig? Da würde ich eher das Gegenteil vermuten - je kleiner der Abstand, desto grösser wird relativ der Unterschied zwischen dem Abstand unten (am Basismaterial) und oben: ist der nominale Abstand gleich der Rückätzung, so ist der reale Abstand oben 3mal so gross wie unten (Die Massefläche hat die gleichen Flanken!). Das Problem ist, dass du das nur zusammen mit dem Hersteller klären kannst, weil du nicht weisst wie die Flanken tatsächlich aussehen. Bei einer Homemade-LP dürften sie mehr geneigt sein, weil Profi-Hersteller Sprühätzung einsetzen, um vorwiegend senkrecht zu ätzen. Gruss Reinhard
Es gibt aber, zumindest bei einigen Herstellern 2 verschiedene Arten der Impedanzfertigung: Impedanzkontrolliert ohne Messung und Impedanzkontrolliert mit Messung. Bei beiden rechnet der LP Fertiger vorher die Impedanzen aus. Der Unterschied ist nur, daß bei der Fertigung mit Messung noch in den Nutzenrand (Fertigungs oder Liefernutzen, je nachdem) eine spezielle Meßstrucktur eingebracht wird die die Verhältnisse auf der LP Nachbilden soll. Evtl gibt es auch Hersteller die direkt die gefertigten Strukturen messen, das weiss ich nicht. Aber auch bei der reinen Impedanzkontrollierten Fertigung kann man im Nachhinein, durch Schliffbildauswertung die Impedanz zumindest an der Stelle der Probenentnahme recht genau nachrechnen. Wenn du also, bei einem Fertiger der das anbietet vorher(!) anfragst nach einem impedanzgerechten Aufbau für deine Platine, so berechnen sie das normalerweise für dich. Allerdings solltest du natürlich danach den Auftrag auch dort platzieren. Aber die Berechnung allein verpflichtet dich nicht dazu. (Verständlicherweise kann es jedoch passieren, daß der Hersteller nach der x-ten Berechnung ohne Auftrag keine mehr durchführt) Übrigens ist das auch der übliche Weg: Man fragt vor Layoutstart beim Hersteller an und stellt die Parameter danach im System ein. Erst das Layout machen und dann mittels berechnung versuchen den passenden Lagenaufbau zu finden kann funktionieren, aber wenn man nicht wirklich weiß was man tut oder sehr viel Glück hat wird das idR nichts. Die üblichen Toleranzen sind +/- 10%. Viel genauer braucht man das auch nicht, da die Vias und Lötstellen sowieso einen größeren Einfluss haben (außer bei sehr langen Leitungen im Verhältnis zu den Störstellen
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Wenn ich eine HF Leiterbahn links und rechts davon mit VIAs versehe, hat das Einfluss auf die Impedanz? Ist das generell zu empfehlen oder eher nicht?
wenn die Vias an GND angeschlossen sind wirken sie im zum Leiterzug zeigenden Bereich wie ein Schirm. Allerdings sind sie durch ihre Form nicht geeignet eine gleichmäßige Impedanz zu erzeugen. Das schaffst du nur mit gleichbleibendem Abstand zur Leitung. Sprich: entsprechende Plane drüberlegen. Dann sind die Vias sinnvoll um zwischen den Planes entstehende HF Ströme ausgleichen zu können. (Es muss aber auf einer anderen Lage logischerweise eine Verbindung geben)
Absoluter Beginner schrieb: > Wenn ich eine HF Leiterbahn links und rechts davon mit VIAs versehe, hat > das Einfluss auf die Impedanz? Ist das generell zu empfehlen oder eher > nicht? Wenn das eine normale Microstrip werden soll, dann hat es - je nach Abstand - Einfluss. So wie im Bild zu sehen aber auf jeden Fall. Du meinst Vias nach GND vermute ich mal. Die kontrollierte Impedanz von 50 Ohm hast du ja dank eines definierten Abstands zur darunterliegenden Groundplane. Wenn der Abstand der Vias zur Leiterbahn in ähnlichen Regionen liegt wie der Abstand zur Groundplane, dann hat es Einfluss. Ich denke mir dazu i.d.R. eine "Schutzzone" von ca. 2 bis 3 mal der Leiterbahnbreite auf jeder Seite der Microstrip. Alles was außerhalb liegt, hat kaum noch spürbaren Einfuss. Allerdings machen die Vias meiner Meinung nach so auf einer zweilagigen Platine für eine Microstrip keinen Sinn. Also nur entweder in Verbindung mit Koplanarleitung oder wie Christian B. (luckyfu) schreibt weiteren Groundplanes.
Wie kann ich die Impedanz selbst berechnen? Gibt es dazu eine Übersicht die alle dazugehörigen Formeln enthält?
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