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Forum: Platinen Daumenformel für Leitungsverzögerung


Autor: Bustle (Gast)
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Hallo,

kennt jemand eine Daumenformel für Leitungsverzögerung auf Platinen.

Evtl. Abhängig von...

... Leiterbahnlänge
... Leiterbahnquerschnitt
... Anzahl Vias
... Viadurchmesser

Gruß, Bustle

Autor: Einer (Gast)
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Daumenformeln gibts nur für Faustlutscher.

Autor: Trafowickler (Gast)
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Näherung: 2/3 Lichtgeschwindigkeit.

Autor: Bustle (Gast)
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@Trafowickler: So ne Abschätzung in etwa habe ich gesucht. Danke.
@all: Falls jemand noch Abschätzung hat, wie sich Vias im groben 
zeitlich Verhalten wäre es klasse.

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Wenn du als Abschätzung 2/3-Lichtgeschwindigkeit akzeptierst, kannst du 
nicht ernsthaft an der Verzögerung an den Vias interessiert sein!

Veranschlage sie mal mit 0 s.

Autor: Bustle (Gast)
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@einer und kai: habt ihr jemails schon was in eurem leben umgesetzt? Mir 
geht es hier rein um eine Gefühlsabschätzung. Z.B. eine 10cm lange 
Leitung hat ca. 0,4ns Verzögerung + 6Vias mit je 0,1ns = 1ns 
Verzögerung.
Wenn ihr das nicht versteht oder anders seht, haltet euch einfach raus, 
es ist für mich nicht von interesse. Dumme Kommentare bringt keinen 
weiter!
@Kai: 0s ist übrigens einfach und schlicht falsch!

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>@einer und kai: habt ihr jemails schon was in eurem leben umgesetzt?

Nein, aber ein bisschen Mathematik und gesunden Menschenverstand bekomme 
ich gerade noch zusammen.

>Mir geht es hier rein um eine Gefühlsabschätzung.

Und genau die hast du bekommen!

>@Kai: 0s ist übrigens einfach und schlicht falsch!

... genauso wie 2/3-Lichtgeschwindigkeit. Ich halte 0 s für eine 
realistische Näherung (wie du sie verlangt hast). Setze von mir aus 
0,00013142 ps ein, auch wenn das Augenwischerei ist.

Berücksichtige dann aber auch eventuelle Induktivitäten, Platinendicke, 
Material der Vias ...

Autor: Bustle (Gast)
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@Kai: Genau das war meine Frage. Gefühlsmäßig ist aber auch 0,00013..ps 
viel zu kurz und einfach nur ne Antwort wie 0s...

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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>@Kai: Genau das war meine Frage. Gefühlsmäßig ist aber auch 0,00013..ps
>viel zu kurz und einfach nur ne Antwort wie 0s...

Natürlich ist das zu kurz, aber der Wert ist für eine Abschätzung 
dennoch irrelevant:

Gehen wir mal von 6 Vias bei einer Platinendicke von 1,5 mm aus. Das 
verlängert im theoretischen Worst Case erstmal die allgemeine 
Leitungslänge um 9 mm (45 ps Verzögerung bei 2/3 Lichtgeschwindigkeit).

Nimmt man jetzt zusätzlich an, dass die Vias aus einem anderen Material 
bestehen und nimmt man zusätzlich an, dass die 
Ausbreitungsgeschwindigkeit 10 % unter der von Kupfer liegt, erhält man 
eine zusätzliche Lazenz von 4,5 ps.

Gegenüber der restlichen Latenz deiner 10 cm Leitung (500 + 45 ps) ist 
weniger als 1% Abweichung. Die geschätzten 2/3 Lichtgeschwindigkeit 
haben mit Sicherheit eine weitaus größere Differenz zur tatsächlichen 
Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Darf ich fragen wofür du das brauchst? Ein grobe /Abschätzung/ im 
ps-Bereich finde ich immer noch recht paradox...

Autor: Bustle (Gast)
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Danke erstmal.
Die Frage die ich mir hier stelle, wieviel mehr zeitverzögerung ein Via 
hat. nicht nur wegen dessen länge sonder viel mehr auch wegen des 
Induktiven und Kapazitiven Wirkung.

Zur Frage für was die Abschätzung.

Ich fahre mit ca. 20ns Takten. Daher die Abschätzung wie zeitkritisch 
meine Leiterlängen sind.

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Ich würde zwar noch auf eine qualifiziertere Rückmeldung warten, aber 
ich kann ja mal laut denken:

20 ns entsprechen etwa 4 m (bzw. 25 MHz)
Allein mit der Leitungslänge wird es auf einer einzelnen Platine schon 
schwierig etwas aus dem Takt zu bringen.
Ich denke, so lange alle Leitungen etwa gleich lang gehalten werden und 
eine ähnliche Anzahl an Vias haben, sollte es zu keinen nennenswerten 
Synchronisationsproblemen kommen.
Auf RAM-Riegeln im GHz-Bereich findet man schonmal "Schlangenlinien" für 
die Latenzkorrektur - diese machen aber nur wenige Millimeter aus, so 
dass es in deinem Frequenzbereich mit Sicherheit noch weniger 
Korrekturbedarf gibt.
Was die Induktivität/Kapazität bzw. Impedanz angeht, halte ich die 
Leitungsführung, einen gleichmäßigen Durchmesser und abgerundete 
Leiterbahnen für genauso wichtig wie das Material und die Größe der Vias 
- ich kann mir aber nicht vorstellen, dass das bei deinen Anforderungen 
arg ins Gewicht fällt.

Hier treiben siche einige schlaue Köpfe rum, die den ganzen Tag damit zu 
tun haben - würde mich interessieren, wie die das sehen.

Gruß,
Kai

Autor: Wolfgang M. (womai)
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Ich nehme mal an, Deine Leiterbahnen sind and der Oberflaeche der 
Platine (also Microstrips) mit einer soliden Referenzflaeche (GND oder 
Power) darunter. Da gibt's viele Freeware-Transmission-Line-Rechner, die 
Dir die geschwindigkeit ausrechnen koennen. Z.B. TXLine, das kannst Du 
von meiner Internetseite runterladen:

http://www.testtechniques.com/  --> Free Tools

Standard-Leiterplattenmaterial (FR-4) hat eine typische 
Dielektrizitaetskonstante (eps_r) irgendwo so zwischen 4.2 und 4.8. Ein 
Teil des Feldes ist aber in Luft (eps_r=1), damit ist das effektive 
eps_r kleiner als 4.2 - 4.8. Die grobe Abschaetzung mit 2/3 
Lichtgeschwindigkeit ist eigentlich ziemlich nahe an der Wahrheit.

Vias kannst Du in guter Naeherung als kapazitive Lasten an der Leitung 
beschreiben (das gilt nur, wenn die Vias am andern Ende unterminiert 
sind!). Die genaue Kapazitaet haengt von vielen Parametern ab - Laenge 
und Durchmesser des Vias, Antipad-Groesse, Anzahl und Lage der GND- und 
PWR-Ebenen usw. usf. Die Werte liegen normalerweise zwischen ein paar 
1/10 pF und ein paar pF. Die Signalverzoegerung ist dann ungefaehr 
gleich der Zeitkonstante Zo/2 * C, wobei Zo die Leitungsimpedanz ist 
(z.B. 50 Ohm) und C die Via-Kapazitaet.

Wenn das Signal selber durch das Via gefuehrt wird, dann ist die 
Verzoegerung naeherungsweise gleich 
sqrt(eps_r)*Vialaenge/Lichtgeschwindigkeit. In der Realitaet etwas 
groesser weil die Streukapazitaeten an den beiden Enden zusaetzliche 
Verzoegerung bewirken.

Bei Deinen Taktfrequenzen (50 MHz / 20ns Takt) brauchst Du Dir um diese 
Details aber nicht viele Gedanken machen, ausser Dein Board ist riesig 
und die Leitungen total unterschiedlich. 1ns entspricht ca. 20cm 
Signalausbreitung, also sind Laengenunterschiede bis einige cm voellig 
unerheblich.

Wolfgang

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ich würde zwar noch auf eine qualifiziertere Rückmeldung warten, aber
> ich kann ja mal laut denken:
Vielleicht interessiert Dich ja auch das:

http://www.ilfa.de/de/_akademie/detail.html?button...


Gruß,
  Michael

Autor: Bustle (Gast)
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danke für eure Antworten. Hab mir das TXLine Programm mal runtergeladen 
und werden mal damit rum experimentieren.

Gruß

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