www.mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Layout gut genug für 200MHz?


Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

ich habe mir ein Layout für eine Probe designt. Die Probe ist für einen 
Logikanalysator und soll Frequenzen bis 100MHz übertragen.

Könnt ihr mir einen Gefallen tun und kurz über das Layout rüberschauen?

Die Schaltung besteht aus 8 Kanälen. Links im Bild ist der 
Probe-Eingang, von dort geht es über einen Spannungsteiler direkt auf 
den Eingang eines Komparators. Zwischen Probe-Eingang und 
Komparator-Eingang ist noch ein Trimmkondensator zum Kompensieren der 
Streukapazitäten. Der Komparator vergleicht dann die Messspannung mit 
einer Referenzspannung, die ganz rechts im Bild aufgebaut ist. Je nach 
Pegel schaltet dann der Komparator. Die Ausgangslogik ist ECL.

Die großen Flächen auf der Ober- und Unterseite sind natürlich 
Masseflächen.

Denkt ihr, das Layout wird so funktionieren? Welche Fehler oder 
Verbesserungsvorschläge habt ihr?


Grüße
Steffen

Autor: 50Herz (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Spannungsschiene ist ja nicht schlecht, da bekommt dann jeder etwas 
ab ;-)

Hast du mal probehalber ein 100MHz Signal über deinen Spannungsteiler 
gemessen ? Ich glaube da wird es das erste Problem geben.

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie meinst Du das mit der Spannungsschiene? Keine gute Idee? Soll ich 
die Spannungsversorgung direkt von der Quelle getrennt zu jedem IC 
führen? Damit würde ich dann aber die Massefläche zerstückeln müssen. 
Außerdem wäre es vom Routing her ein deutlicher Mehraufwand. Lohnt sich 
das denn?

Ich habe den Spannungsteiler noch nicht ausprobiert. Wo genau siehst Du 
da das Problem? Rauschen? Die Streukapazität kompensiere ich doch, wie 
geschrieben, über den Trimmkondensator. Was genau könnte da schwierig 
werden?

Es ist meine erste Schaltung mit etwas höheren Frequenzen... Ich würde 
mich freuen, wenn Du mir mehr Input gibst!

Grüße
Steffen

Autor: 50Herz (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe auch noch nicht mit diesen hohen Frequenzen gearbeitet. Ich 
kann dir aber raten es erstmal zu simulieren und dir dann mal etwas auf 
Kupfer zu frickeln und messen ob es realistisch ist. Ich glaube durch 
den Spannungsteiler ist die Dämpfung bei diesen Frequenzen zu hoch. 
Naja, einfach mal simulieren, kostet ja nichts.

Autor: Gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bin auch kein HF-Profi, aber Impedanzen und so solltest du schon 
beachten.
Ich würde die eine Seite nur Groundplane machen und Signale auf der 
anderen Seite,-> immer gleiche Impedanz keine Reflektionen.

Wie gesagt bin kein HF-Profi.

Autor: derW (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Wie meinst Du das mit der Spannungsschiene? Keine gute Idee?
richtig

> Soll ich die Spannungsversorgung direkt von der Quelle getrennt zu jedem IC
> führen?
Ja, immer und schön an das C denken.

> Damit würde ich dann aber die Massefläche zerstückeln müssen.
Tja, das ist auch deine erste Schaltung ...

> Außerdem wäre es vom Routing her ein deutlicher Mehraufwand. Lohnt sich
> das denn?
Auf alle Fälle.

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, dann setze ich mich nochmal dran. Also, bis hierhin zusammengefaßt:

1. Spannungsversorgung getrennt routen
2. eigener Layer für Massefläche

Gibt es sonst noch etwas zu beachten?

Autor: derW (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1. ist falsch

Strompfade getrennt routen ;-) und in den 3 Achsen nicht mit einem 
Signal schneiden ...

Und mit dem GND-layer ist es so eine Sache. Ein 1m² GND-Layer macht eine 
bescheidene Schaltung auch nicht besser.

Ich würde auch in ein paar appl. notes von einigen Herstellern schauen 
wie dort schnelle Signale auf Leiterplatten von A nach B geführt werden 
und was es zu beachten gibt. Bei 100MHz würde ich mal bei Ethernet oder 
Full-Speed USB schauen ...

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich bin am neuen Layout zugange und stehe vor folgender Frage: Ich habe 
ja am Eingang einen Spannungsteiler. Muss ich die Masse des Teilers 
direkt auf die Masse des ICs routen oder kann ich die Massefläche 
nehmen?

Ich fürchte ja fast, ich muss die des ICs nehmen. Das nimmt mir dann 
aber alle Freiheiten meines Layouts.

Wie ist es notwendig?

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Willst du bei 2 Lagen bleiben? Bei Onsemi findest du die alten 
ECL-Designguides. Dort steht einiges zu >100MHz und 2 Lagen. 
Layoutbeispiele gibts auch.

Autor: ccc (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Eingangskanaele sind aber nicht in 50 Ohm Technologie ? Wie lange 
soll denn das Kabel zur Sonde sein ?
Das Problem ist : eine Hoch-ohmige Messung bei 200MHz existiert 
irgendwie nicht.

Die Elkos fuer die ECL Komparatoren sind eher ein Witz. Die ECL Speisung 
muss irgendwo auch noch generiert werden. Nein, die kommt nicht so ueber 
das Flachband.
Der Ausgang geht auf ein Flachband ? Falls ECL, sollte man auf alle 
Faelle differentiell fahren.

Autor: Martin Laabs (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

das Layout sieht gar nicht so schlecht aus. Wenn Du die untere 
Massefläche so lässt brauchst Du oben keine mehr. Das gibt nur unschöne 
Ringströme.
Die gem. Spannungszuführung ist hier gar nicht so krittisch weil es ja 
ein Digitaldesign ist und Du die Kondensatoren gegen die niederimpedante 
Massefläche hast. (100nF könnten aber je nach Hersteller schon zu viel 
sein.)

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für Eure Antworten!

@Michael X.:
Bei ONsemi habe ich ein paar Unterlagen gefunden, aber dort steht bspw. 
nicht drin, dass ich die Versorgungsleitungen separat routen soll o.ä. 
Eher Allgemeines (betreffend Bypass Kondensator etc.) und viel zur 
Leitungsterminierung. Layoutbeispiele habe ich aber nicht gefunden. Hast 
Du einen Link für mich?

@ccc:
Der Eingang des Logikanalysators wird mit 130 Ohm gegen VEE 
abgeschlossen. Die 82 Ohm gegen VCC konnte ich nicht finden, aber ich 
möchte nicht ausschließen, dass sie nicht trotzdem vorhanden sind => 50 
Ohm System.

Die Speisung kommt über das Flachbandkabel (5V, GND, -5.2V). Die 
originalen Probes, von denen ich ein Foto der Platine habe, werden auch 
so damit betrieben. Warum auch nicht? Die Ausgänge sind nicht 
differentiell, deshalb kann ich sie natürlich auch nicht differentiell 
ausführen. Wie lang das Kabel zum Analysator original ist, weiß ich 
nicht genau, ich schätze aber 1-1.5m.

Die Beschaltung mit den Kondensatoren ist 10nF direkt am Komparator plus 
1µF Elko. So wird sie im Datenblatt des Komparators vorgeschlagen (ADCMP 
564) und deshalb habe ich sie so umgesetzt. Was spricht gegen den Elko?

@Martin L.:
Nachdem das Layout den Rückmeldungen nach immer schwieriger zu werden 
schien, beruhigt es mich, dass meine erste Version vielleicht doch nicht 
so schlecht war. Wenn ich die Massefläche oben aber weglassen kann, 
dann kann ich den freiwerdenden Platz prima nutzen. Ich bin am Layout 
dran!



@all:
Die ECL-Ausgangsstufe des Komparators ist differentiell. Wie oben 
geschrieben, übertrage ich aber nur über eine Leitung. Kann ich den 
anderen, nicht benutzten Eingang offen lassen oder muss ich ihn auch 
terminieren? Falls ja, kann ich ihn gegen VEE terminieren oder sollte es 
lieber der gleiche Abschlusswiderstand sein wie der erste Ausgang?

Steffen

Autor: DF1AS (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Versorgungsschiene stört auch nicht, weil sie senkrecht zu den 
Signalen verläuft. Das ist besser so, als einzeln (und damit parallel zu 
der HF) zu routen.

Die Massefläche auf der Oberseite ist allerdings durch die "Schiene" 
unterbrochen. Entweder ein paar mal links und rechts der Schiene(n) mit 
der Unterseite (weitgehend durchgängige Fläche) durchverbinden oder, wie 
schon empfohlen, einfach weglassen.

Ansonsten sieht das - und bei den kleinen Abmessungen - sehr gut 
geeignet für 100 MHz aus. Um die exakten Leitungsimpedanzen auf den 
relativ kurzen Abschnitten würde ich mir keine großen Gedanken machen. 
Ist ja nicht mehr als ein paar 1/100 Lambda. Und um Größenordnungen kann 
man mit dem Z gar nicht daneben liegen. Eher vertut man sich noch beim 
Epsilon_R des Materials (Wurzel) oder bei der Dicke (Logarithmus W/H).

Soll denn ein einfaches Flachkabel angeschlossen werden (HF-Eingang)? 
Diese Pfostenverbinder sind ja eigentlich keine HF-geeigneten 
Steckverbinder - aber bei den Abmessungen noch völlig unkritisch. Nur 
wenn dort ein längeres und unverseiltes Kabel noch dazwischen ist, wird 
es Kopplungen zwischen den benachbarten Signalen geben.

Autor: DF1AS (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>@all:
>Die ECL-Ausgangsstufe des Komparators ist differentiell. Wie oben
>geschrieben, übertrage ich aber nur über eine Leitung. Kann ich den
>anderen, nicht benutzten Eingang offen lassen oder muss ich ihn auch
>terminieren? Falls ja, kann ich ihn gegen VEE terminieren oder sollte es
>lieber der gleiche Abschlusswiderstand sein wie der erste Ausgang?

Den kannst du einfach unbeschaltet lassen. Genau genommen hat der zwei 
unabhängige Eintakt-Ausgangsstufen, die differentiell angesteuert 
werden.

Autor: OhWeia (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Die Versorgungsschiene stört auch nicht, weil sie senkrecht zu den
> Signalen verläuft. Das ist besser so, als einzeln (und damit parallel zu
> der HF) zu routen.
Ich sehe da beides, aber mich stört es auch nicht ...

Wenn ich mir die ganzen Schleifen in der GND-Plane ansehe wird mir ganz 
schwindelig. Da kann kein Mensch mehr genau sagen wo Strom fließt und 
wer sich dort etwas einkoppelt.

> Die gem. Spannungszuführung ist hier gar nicht so krittisch weil es ja
> ein Digitaldesign ist und Du die Kondensatoren gegen die niederimpedante
> Massefläche hast. (100nF könnten aber je nach Hersteller schon zu viel
> sein.)
Du solltest mal ein 100MHz Rechtecksignal auf einem Spektrumanalyser 
sehen und dann nochmal über Digitaldesign nachdenken ...

Autor: Oliver Döring (odbs)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hier ist keine Theorie gefragt. Theoretisch kann das hier gar nicht 
funktionieren. Überall Impedanzsprünge, Reflektionen, eine HF-mäßig viel 
zu lasche Stromversorgung, Masseschleifen, ungeeignete Steckverbinder, 
keine Striplines, FR4-Material... usw.

Das wird aber keinen interessieren, wenn es in der Praxis funktioniert. 
Ich bin kein Amateurfunker. Also halte ich mich raus. Wenn ein Dxxxx 
sagt, daß es geht, dann geht es.

Autor: ... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Denkt ihr, das Layout wird so funktionieren? Welche Fehler oder
> Verbesserungsvorschläge habt ihr?

ER wollte es halt wissen ...

Autor: DF1AS (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Hier ist keine Theorie gefragt. Theoretisch kann das hier gar nicht
>funktionieren. Überall Impedanzsprünge, Reflektionen, eine HF-mäßig viel
>zu lasche Stromversorgung, Masseschleifen, ungeeignete Steckverbinder,
>keine Striplines, FR4-Material... usw.

"Striplines" benötigten drei Lagen (das sind die Streifenleiter, die 
zwischen zwei Masseflächen eingebettet werden), ansonsten heißen die 
hier Micro-strips.

Auch "theoretisch" funktioniert alles. Den größten "Sprung" würden die 
Halbleiter erzeugen. Die Mechanik liegt hier ganz klar im grünen 
Bereich. Das sind Störungen im akademischen Bereich (1/10 dB, wenn 
überhaupt). Auf die kommt es ganz bestimmt nicht an.

Im schlimmsten Fall baute man so ein Kärtchen ganz ohne Massefläche. Da 
könnte man dann das Diskutieren anfangen, ob es überhaupt ginge oder 
nicht (Stabilität, Selbsterregung, Kopplung, Einstrahlfestigkeit). Würde 
vermutlich bei diesen Abmessungen auch noch funktionieren können.

So wie das Layout derzeit ist, ist es nach meinem Dafürhalten schon 
einwandfrei, das schließt die kleinen Frei-Inseln auf der Unterseite mit 
ein. Die verlaufen immerhin parallel zu den Strips. Ließe man die 
Massefläche auf der Oberseite weg, wären diese "Insel-Strips" nur etwas 
hochohmiger.

Aber wir haben hier allenfalls Längen im Zentimeter-Bereich. Die 
Freiraumwellenlänge bei 100 MHz liegt bei 3 Metern. Bei 1 GHz könnten 
wir weiterdiskutieren. Aber dann würde ich zu allererst an die 
Steckverbinder denken. (Und immer noch FR4 nehmen.)

Autor: ccc (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Komparatoren haben 1.5GHz Eingangsbandbreite und produzieren Flanken 
mit 500ps. Ich wuerds auch mal so probieren.

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für Eure Beiträge!


Wie oben bereits geschrieben, habe ich mich heute an ein neues Layout 
gesetzt. Noch bevor einige positive Rückmeldungen kamen. Inzwischen bin 
ich mit dem Hauptteil fertig, als einziges fehlt nur noch die Erzeugung 
der Referenzspannung.

Im Anhang das neue Layout. Die Versorgungen sind farbig hervorgehoben. 
Die Versorgungsschienen habe ich weggelassen, genauso wie die 
Massefläche im Top-Layer. Dafür habe ich jetzt im Bottom-Layer eine fast 
geschlossene Massefläche!

Als Schwachpunkte vermute ich, dass ich den Spannungsteiler per DuKo mit 
Masse verbinde. Stellt das ein Problem dar?

Welches Layout haltet ihr denn für besser, das erste oder dieses?

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

also dieses Layout gefällt mir auch, allerdings würde ich noch zwei 
Änderungen vornehmen:

1) die gelbe Spannungsversorgung (Vcc) ließe sich noch bezüglich 
paralleler Leitungen und Durchkontaktierungen optimieren und die 
Leitungen würde ich so dick wie möglich machen.
2) zwischen die Spannungsteiler der benachbarten Kanäle würde ich 
Masseinseln machen und nach oben öfter durchkontaktieren. Das soll 
Übersprechen vorbeugen.

Ansonsten hilft nur ausprobieren, von Simulation halte ich weniger, da 
du das parasitäre Verhalten der Bauteile nicht kennst. Sollte aber bei 
den Frequenzen auch kein Problem sein.

Servus,
Helmut.

Autor: Micha (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ohne viel Wissen bzw. Erfahrung in Sachen HF-Design und ohne alle 
Beiträge oben gelesen zu haben:
- ich würde versuchen die Unterbrechungen der Massefläche zu beseitigen 
(siehe obere rote Markierungen)
- die untere Leitung würde ich direkt verlegen um unnötig Weg und 2 DKs 
zu sparen (ist das überhaupt richtig da die grau ist und zwei gelbe 
Leitungen verbindet)
- die Kondensatoren würde ich um 90° drehen (jeweils den oberen nach 
links und den unteren nach rechts)
- Masse der Kondensatoren würde ich über eine DK von der Massefläche 
holen und nicht per Leiterbahn verlegen


Soll das Ganze für den miniLA sein? Wenn ja: wirst du die Schaltung dann 
"veröffentlichen"?

Autor: Bensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Warum liegen die meisten Leitungen schön eng beieinnder mit 90° Knicken?
45° wäre besser und platzsparender.

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was für Komparatoren sind das?

Je nach Anstiegsgeschwindigkeit der Komparatoren kannst du dir die 
ganzen Elkos sparen und noch einen einzigen in einer Ecke platzieren.

Wenn das Design richtig gut werden soll: Spendier VCC eine eigene Lage 
und lege einen Abstand von max. 100um zwischen VCC und GND Lage fest.

Die Kerkos müssen ebenfalls sorgfältig dimensioniert werden. So wie das 
jetzt ist, sind sie fast wirkungslos. Du fährst über ein paar cm 
Leiterbahn zum Kerko. Die Leiterbahninduktivität macht den Kerko bei 
höheren Frequenzen völlig nutzlos. Via direkt an den Kerko. Zudem 
solltest du nicht nur einen Kerko spendieren, sondern eine Reihe von 
sagen wir mal 10nF, 1nF, 100pF, denn die Dinger werden bei höheren 
Frequenzen induktiv und damit nutzlos. Der typische 100nF Kerko hat eine 
Resonanzfrequenz von um die 10MHz, darüber wird er zur Induktivität. Man 
kann sich ausmalen was der bei 100MHz noch bringt. Warum reite ich so 
auf den Frequenzen rum: Die maximal im System auftretende Frequenz hängt 
nicht von irgendwelche Takten oder sowas ab, sondern von der 
Anstiegszeit der Flanken. Heutigt FPGs z.B. können durchaus in 200ps 
ansteigen, das sind Frequenzen bis in den GHz-Bereich. Da ist jeder 
100nF Kerko völlig daneben.

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für Eure Tipps!!

Im Anhang das überarbeitete neue Layout. Ich habe...

...Masse-Inseln zwischen den Spannungsteilern eingefügt
...Unterbrechungen der Masseflächen beseitigt
...die untere VCC-Leitung ohne Umweg verlegt
...45° Knicke erweitert (es waren bereits vorher 45° Knicke, die aber 
nicht so lang geroutet waren)
...und, zu guter Letzt, die Erzeugung der Referenzspannung einbezogen 
(siehe rechte obere und untere Ecken)

@Helmut:
Die wichtigen Leitungen (Versorgung und Messsignal) sind bereits 0,4 mm 
breit (sonst nur 0,2 mm). Noch breiter bekomme ich sie wegen der 
Platzverhältnisse nicht hin, zumindest nicht alle. Und einige Abschnitte 
dick und andere wieder dünn ist keine Hilfe. Oder würde das etwas 
bringen?

@Micha:
Die ElKos können nicht so ohne weiteres gedreht werden, da der Platz 
(vertikal) dafür nicht ausreicht. Ich hatte das auch probiert, halte es 
aber ohnehin nur für eine optische Sache.

Die Kondensatoren sollten nicht auf Masse gelegt werden, da sich die 
Komparatoren sonst gegenseitig beeinflussen (galvanische Kopplung). So 
wurde es mir oben im Thread geraten.

Die Schaltung ist übrigens nicht für den miniLA, der funktioniert ja 
auch super ohne ECL, sondern für einen kommerziellen Analysator.

@Bensch:
Ist erledigt ;-)

@Klaus:
Bei den Komparatoren handelt es sich um ADCMP564 (Anstiegszeit typ. 
500ps). Die Dimensionierung (10nF + 1µF) und Platzierung der 
Kondensatoren habe ich mir aber nicht selbst ausgedacht, sondern aus dem 
Datenblatt übernommen. Dort steht, dass der ElKo nicht weiter als 1/2 
inch und die KerKo so dicht wie möglich an der Versorgung liegen 
sollten. Das halbe inch halte ich locker ein und die KerKo liegen nur 
~0,6 mm von den Pads des Komparators weg. Also keine "paar cm" weit, das 
täuscht vielleicht auf dem Bild.


@all:
Ist das Layout jetzt so in Ordnung? Was würdet ihr an meiner Stelle noch 
verändern? Soll ich die Massefläche zwischen den Spannungsteilern 
erweirtern und bis zum Steckverbinder führen?

Der Komparator ist ja doch recht flott. Könnte es da noch zu 
Überraschungen kommen?

Steffen

Autor: Micha (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Die Schaltung ist übrigens nicht für den miniLA, der funktioniert ja
> auch super ohne ECL, sondern für einen kommerziellen Analysator.
Könntest du den Schaltplan trotzdem online stellen? Vielleicht freut 
sich der ein oder andere miniLA-Besitzer darüber. Es sieht nämlich so 
aus als könnte deine Schaltung 1:1 passen...

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen,

zwischen den Kondis der Spannungsteiler bitte auch noch Masseinseln...

Servus,
Helmut.

Autor: Bensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das Layout sind so schon deutlich besser aus. Lassen sich die Elkos 
nicht durch KerKos ersetzen und um 90° drehen?

Autor: Martin Laabs (mla)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

> Die Kerkos müssen ebenfalls sorgfältig dimensioniert werden. So wie das
> jetzt ist, sind sie fast wirkungslos. Du fährst über ein paar cm
> Leiterbahn zum Kerko.

Naja. Wenn man mal die Faustformel von 1nH/cm Leiterbahn annimmt 
(meistens ist sie niedriger) ist man bei 500MHz bei 10 Ohm 
Blindwiderstand. Das ist doch noch OK zumal auf den Chips ja selber auch 
nocht mal entsprechende Abblockkondensatoren vorhanden sind. (Wenn 
natürlich auch sehr viel kleiner.)

> Zudem
> solltest du nicht nur einen Kerko spendieren, sondern eine Reihe von
> sagen wir mal 10nF, 1nF, 100pF, denn die Dinger werden bei höheren
> Frequenzen induktiv und damit nutzlos.

Das hört und liest man sehr oft. Aber man bastelt sich mit solchen 
Gebliden Schwingkreise und der Impedanzverlauf bekommt bei den 
Resoanzfrequenzen ganz "hervorragende" Huckel. Deswegen will man idR. 
einen gut dimensionierten Kondensator oder man muss sich wirklich 
Gedanken machen und das ganze am NWA vermessen. Ansonsten schadet es 
u.U. mehr als es nützt.

> Der typische 100nF Kerko hat eine
> Resonanzfrequenz von um die 10MHz, darüber wird er zur Induktivität.

Nein. Häng mal so einen 0805 oder 0603 Kondensator an den NWA. Die sind 
auch noch bei mehreren hundert MHz brauchbar. (Je nach größe und 
Keramik.)

> Die maximal im System auftretende Frequenz hängt
> nicht von irgendwelche Takten oder sowas ab, sondern von der
> Anstiegszeit der Flanken. Heutigt FPGs z.B. können durchaus in 200ps
> ansteigen, das sind Frequenzen bis in den GHz-Bereich. Da ist jeder
> 100nF Kerko völlig daneben.

Ja. Aber dafür hat man dann eine Groundplane die mit der Versorgungslage
selber schon einen sehr guten Kondensator bildet. Da braucht man dann 
auch
nicht mehr an jedem Versorgungspin einen exta Kondensator...

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

>> Die Kerkos müssen ebenfalls sorgfältig dimensioniert werden. So wie das
>> jetzt ist, sind sie fast wirkungslos. Du fährst über ein paar cm
>> Leiterbahn zum Kerko.
> Naja. Wenn man mal die Faustformel von 1nH/cm Leiterbahn annimmt
> (meistens ist sie niedriger) ist man bei 500MHz bei 10 Ohm
> Blindwiderstand.
Es ist aber 1nH/mm. Nicht pro cm.

>> Der typische 100nF Kerko hat eine
>> Resonanzfrequenz von um die 10MHz, darüber wird er zur Induktivität.
> Nein. Häng mal so einen 0805 oder 0603 Kondensator an den NWA. Die sind
> auch noch bei mehreren hundert MHz brauchbar. (Je nach größe und
> Keramik.)
Das sind ja auch zwei unterschiedliche Sachen: Induktiv bedeutet nicht 
per se unbrauchbar, sondern zunächst nur, daß der Strom der Spannung 
nacheilt.
Ein Kondensator 100nF/X7R hat eine Resonanzfrequenz von irgendwas 
zwischen 10...20 MHz. Darüber wird er, wie schon richtig gesagt wurde, 
induktiv. Bis etwa 100MHz hat er aber immer noch weniger als 1 Ohm 
Impedanz.

Das kannst Du beispielsweise in Abbildung 4 des folgenden Links 
nachlesen:
http://www.avx.com/docs/techinfo/parasitc.pdf

Die Resonanzfrequenz vermindert sich mit den zusätzlichen 
Leitungsinduktivitäten.

Wie stark, kann man leicht überschlagsmäßig nachrechnen.
f_res=15MHz, C=100nF
==> L=1/(4 pi² f_res² C) = 3.5nH

Wenn Du 10nH Leitungsinduktivität für 1cm Leiterbahn hinzufügst, führt 
das schon zu einer deutlichen Verschlechterung für hohe Frequenzen.

Nach meiner Erfahrung sind cm-Abstände für 500MHz zu viel. Das konnte 
ich an einer OPV-Anwendung deutlich sehen:

Ich habe eine OPV-Verstärkerschaltung mit einem MAX4107 und Verstärkung 
von v=20 aufgebaut. Bei dieser Bandbreite (etwa 15MHz) war ein Abstand 
von 1cm noch unauffällig.
Als ich den OPV gegen den sehr viel schnelleren AD8000 ausgetauscht 
habe, habe ich sehr starke Störungen gemessen. Diese gingen erst weg, 
als ich einen zusätzlichen Kondensator ganz in die Nähe des OPV gebaut 
habe (100nF direkt vom Pin gegen die Massefläche).

Mit der Resonanzüberhöhung bei Verwendung verschiedener Kondensatoren 
hast Du natürlich recht. Das muß man sich genauer ansehen. Wenn die 
Resonanzfrequenzen jedoch weit genug voneinander entfernt sind, passiert 
nichts Schlimmes. Wichtiger als die Kapazitäten ist fast noch das 
Material. Besser als X7R (100nF) ist NPO (z. B: 1000pF).


Gruß,
  Michael

Autor: Stefan Salewski (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael Lenz schrieb:

>Mit der Resonanzüberhöhung bei Verwendung verschiedener Kondensatoren
>hast Du natürlich recht. Das muß man sich genauer ansehen. Wenn die
>Resonanzfrequenzen jedoch weit genug voneinander entfernt sind, passiert
>nichts Schlimmes. Wichtiger als die Kapazitäten ist fast noch das
>Material. Besser als X7R (100nF) ist NPO (z. B: 1000pF).

Ich habe jetzt nicht alles gelesen, aber es geht hier wohl um die 
Abblockkondensatoren bzw. Stabilisierung der Versorgungsspannung.

Ich weiss schon was X7R bzw NP0/C0G ist, aber warum sollte hier NP0 
besser sein ( Ich meine mich zu erinnerns, dass jemand mal meinte X7R 
wäre sogar vorzuziehen, wegen stärkerer Dämpfung von Schwingungen oder 
so...)

Übrigens, es heißt NP0, nicht NPO und auch C0G (NP-NULL für 
Positive-Negative-NULL und auch C-NULL-G)

Autor: Stefan Salewski (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dass X7R Vorteile haben kann hatte übrigens Hilde K. geschrieben:

Beitrag "Re: Bypass Kondensatoren"

und weiter unten im Thread auch etwas erläutert. Und sie gehört 
bekanntlich nicht zu den typischen Dummschwätzern -- aber dennoch muss 
ich mal sehen ob man irgendwo mehr zum Thema finden kann...

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Naja. Wenn man mal die Faustformel von 1nH/cm Leiterbahn annimmt
> (meistens ist sie niedriger) ist man bei 500MHz bei 10 Ohm
> Blindwiderstand. Das ist doch noch OK zumal auf den Chips ja selber auch
> nocht mal entsprechende Abblockkondensatoren vorhanden sind. (Wenn
> natürlich auch sehr viel kleiner.)

IMHO waren es 1nH/mm. Aber selbst die 10Ohm sind schon zuviel. Der ESR 
von gängigen Keramik-Cs liegt im Bereich einiger Milliohm, dagegen sind 
10Ohm riesig. Das Problem sind wirklich die heutigen hoch integrierten 
Digitalbausteine, lass doch mal 10000 FlipFlops gleichzeitig schalten. 
FPGAs können durchaus Strompulse mit 100A in der Spitze produzieren. Das 
kann kein Kondensator leisten. Deshalb sollte man auch tunlichst 
flächige Systeme aus Spannungs- und Masselage benutzen.

Die etwas sehr vereinfachte Sicht, dass zwei solcher Flächen einen 
Plattenkondensator bilden hat man übrigens auch schon in der aktuellen 
Forschung erweitert. Man sollte dieses Flächensystem eher als eine 
Leitung im HF Sinn betrachten, also mit verteitem Induktivitäts- und 
Kapazitätsbelag. Da kommt man dann auch ganz schnell darauf, dass der 
Wellenwiderstand einer solchen "Leitung" möglichst klein sein sollte. 
Daher meine Aussage Abstand <100um (Stichwort Microstrip).

Wen's interessiert: Von der Elektronikpraxis gibt es eine Sonderausgabe 
zu dem Thema.
http://www.elektronikpraxis.vogel.de/fileserver/vo...

> Das hört und liest man sehr oft. Aber man bastelt sich mit solchen
> Gebliden Schwingkreise und der Impedanzverlauf bekommt bei den
> Resoanzfrequenzen ganz "hervorragende" Huckel. Deswegen will man idR.
> einen gut dimensionierten Kondensator oder man muss sich wirklich
> Gedanken machen und das ganze am NWA vermessen. Ansonsten schadet es
> u.U. mehr als es nützt.

Richtig. Man muss die Cs sehr genau aufeinander abstimmen, sonst gibt's 
Resonanzstellen. Da sich die Kondensatoren von Hersteller zu Hersteller 
extrem unterscheiden können, bleibt am Ende nur die Möglichkeit mit 
Hilfe der gemessenen s-Parameter eine Gruppe Cs zu bestimmen. Dennoch 
wirkt diese Gruppe nur bis ca. 100MHz, darüber wirkt die "Leitung" aus 
VCC- und GND-Fläche und liefert die Energie

> Nein. Häng mal so einen 0805 oder 0603 Kondensator an den NWA. Die sind
> auch noch bei mehreren hundert MHz brauchbar. (Je nach größe und
> Keramik.)

Habe ich schon mehr als einmal getan. Was nützt dir ein Kondensator, der 
induktiv wird und ein paar Ohm Impedanz zeigt bei einen Strompuls von 
100A?

> Ja. Aber dafür hat man dann eine Groundplane die mit der Versorgungslage
> selber schon einen sehr guten Kondensator bildet. Da braucht man dann
> auch
> nicht mehr an jedem Versorgungspin einen exta Kondensator...

Wie schon gesagt ist der Plattenkondensator ein sehr vereinfachtes Bild.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Stefan,

wahrscheinlich bezieht er (HildeK ist ein Mann) sich auf die hohe Güte 
der NP0-Kondensatoren.

Die hohe Güte ist von Nachteil, da die Entstörung schmalbandig wird.
Das macht aber nicht unbedingt etwas, wenn Du die Störfrequenzen kennst 
(z. B. bei Digitalsignalen). Vielleicht macht sich X7R aber hier 
wirklich besser; das hatte ich nicht bedacht.

Ich hatte vor allem im Kopf, daß die Klasse-1-Kondensatoren aus NP0 sich 
sehr genau fertigen lassen und nur eine geringe Änderung der Kapazität 
mit der Spannung eintritt.

Hier steht einiges dazu:
http://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Kl...


Gruß,
  Michael

Autor: Steffen Hausinger (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für alle Antworten! Ihr habt mir sehr weitergeholfen. Das 
Layout steht jetzt.

Grüße
Steffen

Autor: Martin Laabs (mla)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus wrote:

> IMHO waren es 1nH/mm.

Ja. Wobei es wie gesagt meistens eine halbe Größenordnung zu viel ist.

> Aber selbst die 10Ohm sind schon zuviel. Der ESR
> von gängigen Keramik-Cs liegt im Bereich einiger Milliohm, dagegen sind
> 10Ohm riesig.

Macht doch nichts. So lange wie die minimale Versorgungsspannung am 
Baustein eingehalten wird ist das Verhältnis der Blindwiderstände 
zwischen Zuleitung und Kondensator doch total egal.

> FPGAs können durchaus Strompulse mit 100A in der Spitze produzieren.

Hast Du dazu eine Quelle? Ein so kurzer Puls müsste eine sehr große 
Induktion in z.B. den Bonddräten hervorrufen womit die Spannung sofort 
eibräche. (Verteilt im im Chip könnte ich mir das schon eher vorstellen. 
Aber dafür gibt es ja nochmal entsprechende Kondesatoren auf dem Die.)

> Die etwas sehr vereinfachte Sicht, dass zwei solcher Flächen einen
> Plattenkondensator bilden hat man übrigens auch schon in der aktuellen
> Forschung erweitert. Man sollte dieses Flächensystem eher als eine
> Leitung im HF Sinn betrachten, also mit verteitem Induktivitäts- und
> Kapazitätsbelag.

Kann man gerne machen. Halte ich praktisch aber für ziemlich irrelevant 
weil der Aufwand die Stromverteilung auf den Flächen zu simulieren 
exorbitant wäre. Und die Konsequenzen die sich daraus ergeben (keine 
Schlitze, Bauteilanordnung nach vermutetem Stromfluss etc.) sind ja 
hinreichend (und seit langem) bekannt.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Martin,

> Macht doch nichts. So lange wie die minimale Versorgungsspannung am
> Baustein eingehalten wird ist das Verhältnis der Blindwiderstände
> zwischen Zuleitung und Kondensator doch total egal.

Das kann ich mir nur schlecht vorstellen. Ein FPGA ist sicherlich auch 
nicht komplett resistent gegen Störungen der Versorgungsspannung, z. B. 
gegen Spikes auf der Versorgungsleitung. Analoge Schaltungen merken die 
Störungen sicher schneller.

Doch selbst wenn die Spannung im Bereich der zulässigen 
Versorgungsspannung bleibt, können die Gradienten der Spannungen (d. h. 
die Schnelligkeit der Spannungsänderung) im Inneren des FPGA größere 
Störungen hervorrufen. Es braucht nur intern im FPGA ein "geeignet 
dimensionierter" Hochpaß verschaltet sein, der die Störungen 
differenziert.

Da ist es doch besser, der FPGA bekommt eine saubere Versorgungsspannung 
mit kleiner Leitungsinduktivität.


             L_Leitung
-------o------||||||---------|FPGA|
       |
      ---
      --- C (Kondensator, z. B. 100nF)
       |
      |||
      |||
      |||
      ||| L (Kondensator, z. B. 3,5nH)
       |
       |GND


Gruß,
  Michael

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.