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Forum: Platinen Wozu impedanzkontrollierte Leiterbahnen?


Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

ich erarbeite zur Zeit ein Design, in dem ein 160MHz LVDS Signal 
übertragen werden muss. Daneben gibt es noch andere 40MHz Signale, die 
eine Rise-/Falltime im Bereich der einstelligen ns haben.

Da ja nicht die Frequenz, sondern die Schnelligkeit der Pegeländerungen 
entscheidend ist, werde ich wohl in Richtung High-Speed gehen müssen 
(das wird natürlich teurer :( ).

Nun habe ich gelesen, dass in diesem Fall ein impedanzkontrolliertes PCB 
empfohlen wird.

Nur leider weiß ich noch nicht, was diese Impedanzkontrolle bringt. Ich 
weiß, dass die Impedanz der Scheinwiderstand bei Wechselspannung ist. 
Aber was bringt es mir, wenn ich eine Impedanz von 50Ohm anstrebe? In 
welcher Weise werden dann die Signale bzw. die Signalübertragung positiv 
beeinflußt?

Heißt es einfach nur, dass der Leitungswiderstand bei Gleichspannung 
nahe Null ist und dann nur die Wechselspannungsanteile (wie sie ja bei 
digitalen Signalen vorkommen) "geglättet" werden?

Das gleiche Problem hatte ich schon mal bei einem analogen Koaxkabel. Da 
steht ja auch was von 75Ohm drauf, hab mich aber nie wirklich damit 
auseinandergesetzt...

Eine kurze und knappe Erklärung reicht, aber genau die habe ich bisher 
noch nicht gefunden.

VIELEN DANK!

Autor: Jupp (Gast)
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LVDS Design mit 160MHz machen wollen und keine Ahnung.

Impedanz ist scheinbar auch ein Fremdwort.

Am besten noch mit Eagelchen Spielzeug Demo Version!

"Willkommen auf der Erde"

Blubber!


Jupp

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Andreas B. (loopy83)

>entscheidend ist, werde ich wohl in Richtung High-Speed gehen müssen
>(das wird natürlich teurer :( ).

Naja, das bekommt man bisweilen schon auf 4 Lagen Platinen hin.

>Nur leider weiß ich noch nicht, was diese Impedanzkontrolle bringt.

Siehe Wellenwiderstand

> Ich
>weiß, dass die Impedanz der Scheinwiderstand bei Wechselspannung ist.

Nöö.

>Heißt es einfach nur, dass der Leitungswiderstand bei Gleichspannung
>nahe Null ist und dann nur die Wechselspannungsanteile (wie sie ja bei
>digitalen Signalen vorkommen) "geglättet" werden?

Nein.

MFG
Falk

Autor: faustian (Gast)
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Auf Microwaves101 gibt es eine Seite mit Faustregeln fuer sowas, bin nur 
grad zu faul die zu suchen....

Autor: Bogumil (Gast)
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>LVDS Design mit 160MHz machen wollen und keine Ahnung.
Was meinst du wohl warum er hier ne Frage reinstellt?

>Impedanz ist scheinbar auch ein Fremdwort.
Du hast den Wellenwiderstand von FR4 auf der Genkarte?

>Am besten noch mit Eagelchen Spielzeug Demo Version!
Ja und? Für ein paar Leitungen zum üben reicht es dicke. Ich hab mit 
Rubbelsymbolen angefangen.

>"Willkommen auf der Erde"
Ein unhöflicher Ort an dem besserwisser Fragen nicht beantworten sondern 
dumme Kommetare absondern.

>Blubber!
Eben

>Jupp
Der Name ist Programm

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Das ganze hat was mit Anpassung und Reflektionen zu tun. 50R hat sich 
als praktikabler Wert für die Leiterplatte herausgestellt, da man mit 
den üblichen Leiterbahnbreiten + Core/Prepregs recht genau hinkommt. 20% 
Abweichung sind allerdings auch kein Beinbruch.
Ich geh so vor: Es wird die Leiterbahnbreite der 50R Netze bestimmt, 
z.B. 5mil. Dann rechnet man sich mit einem Fieldsolver den benötigten 
Abstand der Masse/ Powerlage aus, gibt bei er=4 auch sowas in der 
Richtung. Den er gibt dir das Material vor. Jetzt einen Anruf beim 
LP-Hersteller ob er sowas fertigen kann -> fertig.

Autor: hmm.... (Gast)
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Noch nicht ganz. Fuer eine einzelne Leiterbahn, oder ein 
Differentialpaar kann man die Impedanz mit Appcad ( 
http://www.hp.woodshot.com/ ) berechnen. Ein einfaches 
Impdanzkontrolliertes Design bedeutet, dass der manuelle interaktive 
Router diese Regeln schon drauf hat und beruecksichtigt. Wenn man zB mit 
einem Via auf eine andere Lage geht, wird die Trackbreite angepasst. 
Wirklich schwierig wird's wenn man auf der anderen Seite 
diskontinuierliche Polygone hat. Das wird dann nicht mehr unterstuetzt.

@Andreas B. (loopy83)
lass es sein. Da fehlt noch viel zu viel. Das wird nichts.

Autor: PeterL (Gast)
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@ Andreas B.
bildlicher Vergleich:
dein Impuls ist ein Surfer, der auf einer Welle reitet.
Die falsch angepasste Leitung ist die Steilküste auf die er geradewegs 
zusteuert :-)

Autor: Gunb (Gast)
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@Bogumil:

Klare Ansage und absolut richtig. Wie ich das hasse, wenn Leute in Foren 
immer runtergemacht werden - WARUM?

Wenn die Leute alles wüssten, dann wären Foren unnötig - oder eben nur 
für diejenigen zum Abreagieren.

Danke für deinen Kommentar!


Gruss
Gunb

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Danke für die vielen hilfreichen und weniger hilfreichen Hinweise.

Irgendwann muss man damit anfangen, sich damit zu beschäftigen. Bei 
allen anderen Designs hat es bisher gelangt, sauber zu routen. Aber nun 
komme ich langsam an den Punkt, wo es nicht mehr ausreicht und man sich 
darüber Gedanken machen muss.

Als Lagenaufbau habe ich eine 8-Layer Platine. Dabei habe ich eine 
Groundplane, zwei gesplittete Powerplanes für die zahlreichen Spannungen 
und drei interne Signallayer. Angestrebt sind 1,5mm Platinendicke. 
Jeweils 150um Core und Prepreg und 18um Kupfer (die Powerplanes 35um), 
weil ich wegen diverser Bauteile auf 60um Strukturbreite zurückgreifen 
muss.

Es ist mein erstes Design dieser aufwendigen Art und ich möchte nun 
abschätzen, was nötig ist, damit es auch zuverlässig seinen Dienst tut.

DANKE !

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Schau zu daß du zur jeder Signallage eine korrespondierende Plane hast.
Ein exemplarischer 8-Layer Aufbau
cu           Signal
core 100µ
cu           Plane
prepreg 100µ
cu           Signal
core 600µ
cu           Plane
folie 50µ oder weniger
cu           Plane
core 600µ
cu           Signal
prepreg 100µ
cu           Plane
core 100µ
cu           Signal
Du hast in der Lage 4/5 einen Plattenkondensator. Der ist für schnelle 
ICs ganz schön nützlich. Gesamtdicke ist je nach verpressen um die 1,7mm

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Andreas B. schrieb:
> Irgendwann muss man damit anfangen, sich damit zu beschäftigen.

Hallo,

schon wahr - aber dein Layeraufbau ist für Hispeed völlig ungeeignet, 
und noch dazu ist er assymetrisch, was dem LP-Hersteller garnicht 
gefallen wird.

So ganz ohne alle Grundlagenkenntnisse geht es eben nicht. Du solltest 
erst mal lernen, was eine strip line ist, dann entscheiden, wieviele 
Lagen mit solchen (impedanzkontrollierten) Lagen du benötigst und darum 
herum einen symmetrischen Lagenaufbau erstellen. Nebenbei bemerkt, auf 
den Aussenlagen könntest du auch microstrips verwenden, aber das wäre 
jetzt wirklich zu viel auf einmal.

Gruss Reinhard

Autor: Urmel (Gast)
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@ Reinhard Kern

Deine Homepage sieht alles andere als "High Speed" aus.

Eher frühe 80er.

Vieleicht sparst du mal mit Tips
und lernst mal wie eine Homepage heutzutage aussieht!

Urmel

Autor: aha (Gast)
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Naja. wenigstens ist die Page von RK uebersichtlich und schnell. 
Offensichtlich mal als Alibiuebung zusammengesetzt und nie mehr 
gebraucht. Nichtsdestotrotz hat er Recht was die Details zu einem 
Highspeed board angeht.

Autor: Andreas B. (loopy83)
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DANKE für die zahlreichen kritischen Bemerkungen.
Ich habe meinen Lagenaufbau abgeändert (siehe Anhang).
Was sich auf den einzelnen Lagen befindet und welche 
Stärken/Eigenschaften sie haben, habe ich am linken Rand des Bildes 
vermerkt.
Jetzt ist er symmetrisch, alle kritischen Lagen sind direkt benachbart 
zu einer AGND Lage um die Impedanz bei den sehr kleinen (60um) 
Leiterzügen niedrig zu halten.

Ich hoffe der Lagenaufbau entspricht jetzt mehr den Anforderungen?

DANKE

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Nein, denn auf einen Prepreg kann man kein Kupfer auflaminieren -> 
top+bottom.
60µ ist sportlich. Wer fertigt das? (es geht, nur kann das nicht jeder 
der sowas behauptet)

Autor: high_speed (Gast)
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Hallo Andreas,

ich habe es nicht nachgerechnet, aber die Geometrie der 'microstrip' 
muss anders sein, als der 'stripline'.


MfG
Holger

http://www.microwaves101.com/encyclopedia/stripline.cfm
http://www.microwaves101.com/encyclopedia/microstrip.cfm

Autor: Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)
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Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Urmel schrieb:

> Deine Homepage sieht alles andere als "High Speed" aus.

Bei mir funktioniert sie ausgesprochen schnell.  OK, ich hab's
nicht über ein 2400-Bd-Modem probiert.  Oder meintest du mit
"High Speed", dass eine ,,ordentliche'' Webseitengestaltung
bedeutet, dass beim Laden unbedingt die komplette Bandbreite
einer 6000-kbit/s-Leitung für 10 s gesättigt werden muss?

Das einzige, was ich daran bemängeln würde ist, dass da viel "in
Arbeit" steht.

> Vieleicht sparst du mal mit Tips
> und lernst mal wie eine Homepage heutzutage aussieht!

Vielleicht sparst du dir aber lieber die Tipps, die mit dem Thema
überhaupt nichts zu tun haben.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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> Jetzt ist er symmetrisch, alle kritischen Lagen sind direkt benachbart
> zu einer AGND Lage um die Impedanz bei den sehr kleinen (60um)
> Leiterzügen niedrig zu halten.

I am so sorry (schluchz). Korrekt funktionierende LVDS-Leitungen als 
Stripline (Midlayer1) brauchen eine durchgehende GND-Fläche OBEN UND 
UNTEN. Eine Powerplane ginge noch so halbwegs auf dem Umweg über die 
Stützkondensatoren (falls genug da sind), aber keineswegs eine 
unterteilte Plane. Auch GND darf im Bereich der LVDS-Leitungen nicht 
durch schlitze o.ä. unterbrochen werden, auch nicht wenn die durch 
Stecker usw. entstehen.

Einfacher Grundsatz: der Rückstrom ordnet sich von selbst unter/über den 
Leitungen an, ist die Fläche dort unterbrochen, muss der Rückstrom 
Umwege machen und die Impedanz hat ein Diskontinuität, die zu 
Reflexionen führt.

Nur die aussen liegenden Microstrips haben nur eine Bezugsfläche. 
Deshalb ergeben sich da ja auch ganz andere Leiterbreiten.

Wegen der Aussenlagen: es gibt Hersteller, die legen aussen eine nackte 
Folie mit 20 µ drauf, ist aber eine Fieselei. Mainstream ist 2 Cores 
aussen. Das macht aber nix: man muss nur Prepregs mit Cores vertauschen.

Gruss Reinhard

(eine passende Berechnung liegt bei)

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Danke für die Hinweise.

Ich habe darauf geachtet, dass die LVDS Signale im Midlayer1 die 
Bezugsebenen AGND (drüber) und POWER1 (drunter) haben. Die POWER1 Plane 
ist an den Stellen, an denen die LVDS Signale verlaufen kontinuierlich, 
also hat keine Schlitze und ist auf AGND gelegt. So kann der Strom 
entlang der LVDS Leitungen auf der POWER1 Plane ungehindert 
zurückfließen. Nur an anderen unkritischen Stellen der Platine ist die 
POWER1 Plane unterteilt, um die verschiedenen Spannungen an ihren 
Bestimmungsort zu führen.

Die 60um Fertigung ist bei dem Hersteller ohne Probleme machbar. Auch 
das Prepreg auf der Top und Buttom Seite wurde so gewünscht. Ich habe 
also schon Rücksprache mit dem Hersteller gehalten.

Die LVDS Signale sind auf eine Impedanz von 100 Ohm berechnet (auch vom 
Hersteller, weil ich selber dazu kein Tool habe). Bei einem Abstand zur 
Bezugsebene von jeweils rund 120um, ist der Abstand beider diff. Leiter 
bei 60um Leiterbreite und 12um Leiterdicke auf 70um festzulegen, was ich 
gemacht habe. Eigentlich sind es 60um Abstand gewesen, aber das laäßt 
sich wohl nicht fertigen. Also habe ich eine Impedanzerhöhung in Kauf 
genommen. Anders geht es nun mal nicht. Breitere Leiter fallen aus, weil 
ich aus dem uBGA Gehäuse raus muss und dann breitere Leitungen verwenden 
ist auch sinnlos, weil ich dann wieder Impedanzsprünge hätte.

Vielen Dank für die Hilfe!!!

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> ich erarbeite zur Zeit ein Design, in dem ein 160MHz LVDS Signal
> übertragen werden muss. Daneben gibt es noch andere 40MHz Signale, die
> eine Rise-/Falltime im Bereich der einstelligen ns haben.
>
> Da ja nicht die Frequenz, sondern die Schnelligkeit der Pegeländerungen
> entscheidend ist, werde ich wohl in Richtung High-Speed gehen müssen
> (das wird natürlich teurer :( ).
>
> Nun habe ich gelesen, dass in diesem Fall ein impedanzkontrolliertes PCB
> empfohlen wird.

Du solltest Dich im Zusammenhang mit dem Projekt im Detail mit dem Thema 
"Wellen auf Leitungen" sowie "Impedanzanpassung" auseinandersetzen. 
Ansonsten fehlt Dir das grundlegende Handwerkszeug, um die bei der 
Aufgabe auftretenden Fragestellungen zu verstehen.

Verbindest Du Leitungen mit verschiedenen Impedanzen, so reflektieren 
daran die Wellen auf den Leitungen. Dabei kann es bei so hohen 
Frequenzen wie sie bei Dir vorliegen zu starken Signaländerungen kommen.

Außerdem solltest Du vor dem Layout die Randbedingungen des von Dir 
gewünschten Leiterplattenherstellers in Erfahrung bringen.

Die Firma ILFA bietet zum Thema "Impedanzkontrollierte Leiterplatten" 
gelegentlich kostenlose, aber didaktisch sehr gut aufbereitete, Seminare 
an, an denen ich auch schon teilgenommen habe. Wenn Du eines findest, 
empfehle ich die Teilnahme.

Du kannst aber auch das Leiterplattenhandbuch bestellen. Darin sollten 
die wichtigsten Einzelheiten behandelt werden:

http://www.ilfa.de/detail.html?button-Common_story...


Freundliche Grüße
Michael Lenz

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