Hi, hab mal ne Frage zur Berechnung der Koppelkapazität zwischen zwei Leiterbahnen. Abstand und jeweilige Breite 0.3mm, dicke der Kupferschicht 35µm und e[r]~5. Die Bahnen führen etwa 10cm parallel. Tu ich zur Berechnung so als wäre das ein Plattenkondensator und berücksichtige nur die Stirnflächen also 10cm*35µm hat die Anordnung eine Koppelkapazität von ungefähr 516.5fF. Ist das ein realistischer Wert? Darf man in einem solchen Fall auch die Feldlinien von Oberfläche zu Oberfläche der Bahnen vernachlässigen? mfg The Scientist
Ob die Feldlinien von Oberfläche zu Oberfläche zu vernachlässigen sind oder nicht hängt von der Frequenz ab, mit der die Signale über die Leitungen gehen. Bei kleinen Frequenzen sind die Kapazitätswerte sowieso uninteressant, bei höheren Frequenzen gewinnen die Kapazitäten an Bedeutung!
Wenn die Koppelkapazitaet interessant ist, koennte die Koppelinduktivitaet der beiden Leitungen auch interessant sein.
@ The Scientist (Gast) >eine Koppelkapazität von ungefähr 516.5fF. Also 1/2 Picofarad. Klingt ein wenig knapp, ich würde etwas höher tippen, so 3..10 pF. >Ist das ein realistischer Wert? Darf man in einem solchen Fall auch die >Feldlinien von Oberfläche zu Oberfläche der Bahnen vernachlässigen? Jain. Die Gesamtkapizität wird im wesentlich durch die Feldausbreitung auf der Platine bstimmt! Luft hat ein Er von 1, die Platine von ~4. Damit hat die Luft ca. 20% Anteil an der Gesamtkapazität. MFG Falk
>Also 1/2 Picofarad. Klingt ein wenig knapp, ich würde etwas höher tippen, so >3..10 pF. Wie berechne ich die Kapazität denn dann? Weil im inet finde ich nur die simplen Formeln für übereinander liegende Leiterbahnen. Nach dem Verhältnis der e(r)'s müssten ja die Feldlinien von untererseite zu unterseite, die durch die Platine laufen, auf jeden Fall mit einbezogen werden.
@ The Scientist (Gast) >Wie berechne ich die Kapazität denn dann? Gute Frage! > Weil im inet finde ich nur die >simplen Formeln für übereinander liegende Leiterbahnen. Die hier nicht ausreichen. >Nach dem Verhältnis der e(r)'s müssten ja die Feldlinien von >untererseite zu unterseite, die durch die Platine laufen, auf jeden Fall >mit einbezogen werden. Eben. Da muss man entweder das Ganze analytisch herleiten (!!!) oder in einem entsprechenden Programm simulieren. Beide kann ich dir leider nicht anbieten. Oder man versucht sowas im Internet irgendwo zu finden. Letzte Möglichkeit. Messen! MFG Falk
Für runde Leiterbahnen hab ich sogar grade was gefunden: http://www.educ.ethz.ch/lehrpersonen/itet/unterrichtsmaterialien_ie/elektrotechnik/emv/EMV_puzzle.pdf Seite 23. Diese Formel spuckt für meine Anordnung 20pF aus. Allerdings ist noch nicht berücksichtigt, dass nur einige Feldlinien durch das FR4 mit e(r)=4..5 laufen.
@ The Scientist (Gast) >Diese Formel spuckt für meine Anordnung 20pF aus. Allerdings ist noch >nicht berücksichtigt, dass nur einige Feldlinien durch das FR4 mit >e(r)=4..5 laufen. Naja, dann ist es etwa die Hälfte + 10 % für den Luftanteil, sprich 60% von 20pF = 12pF. Parallelschaltung zweier Kondensatoren. Da war meine Schätzung gar nicht so schlecht, oder? ;-) MFG Falk
Irgendwie hören sich 20pF aber schon sehr viel an.
Insgesamt geht es darum die durch den Störstrom der kapazitiven Kopplung
erzeugte Störspannung am Lastwiderstand in der oben skizzierten
Anordnung zu berechnen. Aus einem Buch über EMV habe ich hierfür
folgende Formel:
û_{stör,Last}=j*w*C_{K}*U{stör,quelle}*(R[v]*R[L])/(R[v]+R[L])
Das würde bei den Werten aus der Skizze mit C_{K}=20pF ne Störspannungm
von 62.2V (!!!) ergeben. Diese wäre damit sogar mehr als zehnmal so hoch
wie die Erzeugende Spannung und die Signal Spannung(negativer
Störabstand????).
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Skizze.JPG
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Oh sorry ich hab die Skizze vergessen. Stimmt die oben aufgestellte Rechnung?
Wissenschaftler, wichtig wäre zu wissen, bei welcher Frequenz du das betrachten möchtest und ob auf der gegenüberliegenden Platinenseite eine Massefläche ist. Kannst ja mal unter "koplanare Streifenleitung" suchen. Ansonsten kann ich dir auch das epsilon_r sagen, wenn ich die Abmessungen noch dazu habe (Dicke der Platine und des Kupfers sowie Abstand und Breite der Leiterbahnen). Servus, Helmut.
Abmessungen stehen ganz oben bis auf Platinen Dicke: Leiterbahndicke = 0.3mm Leiterbahnabstand = 0.3mm Länge der Bahnen = 10cm Kupferstärke = 35µm Platinendicke = 1.5mm Material = FR4 Es gibt keine Massefläche auf der Gegenseite und auch keine schirmenden Masseleitungen dazwischen. Ziel der Schaltung ist es, die Stärke der kapazitiven Kopplung zu messen. Deshalb ist auch darauf geachtet, dass besonders gut eingekoppelt werden kann(lange parallelführung, etc.). Die induktive Kopplung wird einerseits durch eine enge Führung der Störquellenschleife und der Störsenkenschleife vermindert, andererseits durch den geringen Strom in der Störquellenmasche. Ich habe früher EMV in Designs immer mit den bekannten Faustregeln qualitativ versucht zu beachten, aber wenn man ein komplexes Design hat, kann man nicht alle Schleifen optimal gestalten. Deshalb habe ich beschlossen mich näher in das Thema einzuarbeiten mit Bücher und dem I-Net und will demnächst Störeinflusse berechnen oder zumindest quantitativ abschätzen können.
Laut dem Diagramm in meinem "Meinke-Gundlach" ist der Faktor ca. 0.35 * epsilon-r und die Impedanz ca. 130 Ohm. Daraus solltest du alles gewünschte ausrechnen können. Servus, Helmut.
Also nach der Formel aus dem Buch(siehe oben) wäre die Störspannung jetzt 18.66V. Das erscheint mir aber sehr sehr unwahrscheinlich, da der OSC(Störquelle) ja nur bei 5V läuft. Wenn ich das selber mit Spannungsteilerformeln ausrechne kommt da ne Spannung von 5V raus, weil die Impedanz der Kopplung gegenüber der Last äußerst klein ist. Kann das sein, dass die Formel aus dem Buch nur gilt, wenn die Koppelimpedanz deutlich größer ist als die Last, sodass die Störspannung an der Last nicht in die Nähe ihrer Erzeugerspannung kommt???
nur mal so... ohne die Anstiegsflanke kannste die Berechnung knicken! Die Taktfrquenz ist unwichtig Die liegt bei 5 bis 15ns
@ The Scientist (Gast) >Oh sorry ich hab die Skizze vergessen. Stimmt die oben aufgestellte >Rechnung? Kaum. Der Spannungsteiler ist falsch berechnet.
Das Ganze ist logischerweise frequenzabhängig. Wenn wir davon ausgehen, dass der 100 MHz Oszillator einen Sinus mit 5V Vpp ausspuckt kann man überschlagen (bin jetzt zu faul für die komplexe Rechnung).
->
Voila. MFG Falk
So ganz nebenbei. Die Anordnung sieht wie ein Richtkoppler aus. Der koppelt die Wellen bevorzugt induktiv. Zugegeben, dort sind die Widerstaende viel tiefer, so um die Leitungsimpedanz rum. Kleiner 100 Ohm.
@Falk:
Das Zitat bezieht sich jetzt auf die Formel aus dem Buch? Das meinte ich
mit
>die Formel aus dem Buch nur gilt, wenn die Koppelimpedanz deutlich größer >ist
als die Last, sodass die Störspannung an der Last nicht in die Nähe >ihrer
Erzeugerspannung kommt???
Deine Rechnung habe ich im Beitrag vom 07.01.2008 19:51 genauso gemacht.
Auch mit der Vereinfachung, dass es kein Rechteck sein würde. Deshalb
ca. 5V.
@ Duck und weg (Gast)
>So ganz nebenbei. Die Anordnung sieht wie ein Richtkoppler aus. Der
Richtkoppler bei 100 MHz mit 100k und 1k? Hmmm. Mal abgesehen davon,
dass da die Ferrite fehlen.
MFG
Falk
Angehängte Dateien:
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Formel_3.2.JPG
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Sry aber ich möchte nochmal wissen ob ich das jetzt richtig verstanden habe mit den Formeln: Bei großen Störabständen gilt die Formel 3.2 aus dem Buch(siehe Anhang). Wenn die aber Kopplungsimpedanz klein ist im Vergleich zur Last dann muss ich das mit der Formel für nen belasteten komplexen Spannungsteiler machen(wie oben). Kann ich mir das so merken? Für Verwirrung sorgt hier die Formulierung im Buch: "Unter der für die Erfassung des Worst Case günstigen Annahme, dass u(stör)>>u(Last,stör) gilt, herrscht Rückwirkungsfreiheit. Dann gilt (3.2)." Der Worst Case ist aber doch ein niedriger Störabstand und dann gilt seine Annahme doch nicht, also ist die doch alles andere als günstig, oder nicht? mfg The Scientist
@ The Scientist (Gast) >Wenn die aber Kopplungsimpedanz klein ist im Vergleich zur Last dann >muss ich das mit der Formel für nen belasteten komplexen Spannungsteiler >machen(wie oben). >Kann ich mir das so merken? Ja. >Für Verwirrung sorgt hier die Formulierung im Buch: "Unter der für die >Erfassung des Worst Case günstigen Annahme, dass u(stör)>>u(Last,stör) >gilt, herrscht Rückwirkungsfreiheit. Dann gilt (3.2)." Ist da nicht das Relationszeichen falschrum? >Der Worst Case ist aber doch ein niedriger Störabstand und dann gilt >seine Annahme doch nicht, also ist die doch alles andere als günstig, >oder nicht? Stimmt. MFG Falk
>Ist da nicht das Relationszeichen falschrum?
Also es steht genauso in dem Buch. Mit u(stör) ist die
Störquellenspannung gemeint, mit u(last,stör) die Spannung am
Lastwiederstand in der Störsenke. Wenn der Störabstand groß ist dann ist
doch auch u(stör)>>u(last,stör). Nur das mit dem Worst Case verwirrt.
Gibt's bei der induktiven Kopplung eigentlich auch so einen Fall, dass
bei kleinen Störabständen die Größe der Störung irgendwann nichtmehr nur
von der Koppelimpedanz, sondern hauptsächlich von der Lastimpedanz
bestimmt wird? Weil in den Formeln, die er da angibt macht er ähnliche
Einschräkungen. Wenn würde mich da mal die "richtige" Formel
interressieren.
Zwischendurch: Danke für die Hilfe an alle. Als Einsteiger kommt mir EMV als verdammt verzwicktes Thema vor, vorallem wenn HF im Spiel ist...
@ The Scientist (Gast) >Also es steht genauso in dem Buch. Mit u(stör) ist die >Störquellenspannung gemeint, mit u(last,stör) die Spannung am >Lastwiederstand in der Störsenke. OK, dann passt es. >Einschräkungen. Wenn würde mich da mal die "richtige" Formel >interressieren. Ist genauso wie mit kapazitiver Kopplung. Komplexer Spannungsteiler bzw Trafo. MFG Falk
>>So ganz nebenbei. Die Anordnung sieht wie ein Richtkoppler aus. Der >Richtkoppler bei 100 MHz mit 100k und 1k? Hmmm. Mal abgesehen davon, >dass da die Ferrite fehlen. Der Richtkoppler ist eine Sache der Geometrie. Wenn der Geradauskanal nicht abgeschlossen ist, hat das auf die Kopplung keinen Einfluss und wenn der Koppelkanal nicht angepasst ist, hat man dort eben Reflexionen. Einen Ferrit braucht man nicht. Wiehoch die Kopplung ist wuesste ich nicht, sicher hoeher als nur mit kapazitiver Kopplung. Ich koennt's bei Gelegenheit mal rechnen.
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