Dimensionierung einer Mikrostreifenleitung (Microstrip) mit "Via fence".

[Guido C. (guidoanalog)]

Hallo,

ich möchte eine impedanzkontrollierte Mikrostreifenleitung mit einem 
sog. "Via fence" versehen. Das folgende Bild aus dem Wikipediaartikel 
http://en.wikipedia.org/wiki/Via_fence verdeutlicht die Sache:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/a8/Via_fence_diagram.png

Kennt jemand von Euch ein einfaches Programm oder Tabellen, mit dem es 
möglich ist diese Anordnung zu dimensionieren?

Mit freundlichen Grüßen
Guido

[Jost .. (jojocp)]

Hallo, Guido.

Ich denke, dass so ein via fence erst bei extrem hohen frequenzen Sinn 
macht (sieht man auch auf dem Wikipedia Bild. Da sind bestimmt mehrere 
GHz am werkeln).

Hast du schon mal ins Saturn pcb Toolkit reingeguckt? Ich weiß jetzt 
gerade nicht aus dem Kopf, ob es deinen speziellen Fall berechnen kann, 
weil ich gerade meinen pc nicht da habe. Aber grundsätzlich schadet das 
Tool nie! Also installieren, wenn nicht eh schon gemacht :D

Grüße, Jost.

[Wolfgang M. (womai)]

Ich habe solche Strukturen schon oefeter mit der Gratisversion von 
Sonnet (Sonnet Lite) simuliert. Kommt damit einwandfrei klar.

Allgemein sind solche Via Fences aber eher eine immer wieder 
auftauchende Unsitte - fuer Abschirmung bringen sie nicht viel (Abstand 
zu benachbarten Leitung ist wichtiger), verbrauchen aber besonders bei 
Multilayer-Boards unheimlich viel Routing-Flaeche (blockieren ja auf 
ALLEN Lagen das Routing, gebraucht werden sie aber nur auf einer). 
Persoenlich wuerde ich davon im Allgemeinen abraten.

Wenn Du es aber trotrdem machen willst, dann sollten die Vias zueinander 
einen Abstand von ca. 1/10 der kuerzesten verwendeten Wellenlaenge 
haben, damit sie auch so "funktionieren" wie vorgesehen.

Wellenlaenge = Lichtgeschwindigkeit / (Frequenz * sqrt (eps_r))

Bei Digitalsignalen ist Frequenz = (approx.) 0.33 / 
Anstiegszeit(10%/90%)

[Sven B. (scummos)]

Wolfgang M. schrieb:
> Allgemein sind solche Via Fences aber eher eine immer wieder
> auftauchende Unsitte - fuer Abschirmung bringen sie nicht viel (Abstand
> zu benachbarten Leitung ist wichtiger)
Hast du dafür zufällig Zahlen zur Hand? Also wieviel Dämpfung bringt 
sowas so grob?

[Wolfgang M. (womai)]

Richtig dimensioniert (u.a. Vias nach genug beieinander) ist die 
Daempfung gegenueber Skineffekt und dielektrischen Verlusten voellig 
vernachlaessigbar. Aufzupassen ist natuerlich weil die Vias 
zusaetzliches Metall nahe der Leiterbahn bedeuten und damit die 
Leitungsimpedanz senken - muss man durch Verringerung der 
Leiterbahnbreite ausgleichen. Das geht mit einem Simulator wie Sonnet. 
Bei Abstaenden von > 3 Leiterbahnbreiten ist der Effekt aber sehr gering 
(kleiner als die ueblichen Fertigungstoleranzen von 5 - 10% fuer die 
Impedanz).

"Unsitte" nenne ich es, weil solche Fences meist zu Abschirmzwecken 
genommen werden - da helfen sie aber nicht viel (ausser dass sie dich 
zwingen, die benachbarten Leitungen ausreichend weit weg zu legen, aber 
das kann man auch ohne die Fences :=) - sie aber unmaessig viel Platz 
verbrauchen.

In seltenen Faellen habe ich sie auch ganz am Rand der Leiterplatte 
gesehen, um elektromagnetische Abstrahlung des Boards zu verringern, 
diese kommt aber in den Faellen eher von den Powerplanes.

[Sven B. (scummos)]

Ich habe gerade mal ein paar Paper geklickt, sieht so aus, als ob man 
bei korrekter Dimensionierung so bis zu 10dB extra-Dämpfung kriegen kann 
bzgl. Überspringen. So übel ist das eigentlich nicht, insb. wenn der 
Platz sowieso frei wäre.

Zum Rechnen würde ich mal einen Grounded Coplanar Waveguide-Rechner als 
Näherung vorschlagen. Intuitiv würde ich sagen, das sollte ziemlich gut 
stimmen.

[Wolfgang M. (womai)]

T'schuldigung, die Frage mit der Dämpfung habe ich eventuell falsch 
verstanden. Hab an die Dämpfung des durchgehenden Signals gedacht, nicht 
an die Abschirmung gegenüber anderen Signalen. Bei letzterem bleibe ich 
aber dabei - vor allem bei Multilayerboards macheen dir Via-Fences nur 
unnötig Probleme beim Routen und brauchen unmässig viel Platz. 10dB 
bekommt man auch, wenn man die Leiterbahnabstände um ca. 50-100% 
vergrößert - das klingt viel, ist aber auch nicht mehr als was die 
Fences zusätzlich brauchen und betrifft nur einen Layer, nicht alle.

Ein Coplanar Waveguide mit Ground ist eine sehr grobe Näherung. Ist ok 
wenn du einmal ganz größenordnungsmäßig den Einfluss abschätzen willst, 
zum Design würde ich aber davon abraten. Da brauchst Du schon einen 2D- 
oder noch besser 2.5D-Field-Solver. Gut geeignet sind da MMTL/TNT (2D, 
gratis von Sourceforge) bzw. Sonnet Lite (2.5D, sehr brauchbare 
Demoversion. www.sonnetsoftware.com). Verwende ich beide selber für 
solche Zwecke. Oder eben die Fences in mindestens >=3x Leiterbahnbreite 
anbringen, dann ist der Einfluß auf die Impedanz <1%.

[Peter S. (psavr)]

http://appcad.software.informer.com/download/
oder
http://www.hp.woodshot.com/