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Forum: HF, Funk und Felder 6GHz PCB 4L Multilayer: Lagenaufbau / Design Rules


Autor: Simon (Gast)
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Hallo,

ich bin dabei, mir Gedanken über mein erstes HF-Layout zu machen. Was 
ich mir bis jetzt auf diversen Internetseiten zusammengereimt habe, 
führte zu meiner auf dem Bild dargestellten Vorstellung des 
Lagenaufbaus.

Um ein definiertes Epsilon R zu haben, möchte ich das Material Rogers 
RO4003C verwenden.

1.) Im Datenblatt des Materials gibt es zwei Angaben zum Epsilon R:

Dielectric Constant, εr (Process specification) 3.38 ± 0.05
Dielectric Constant, εr (Recommended for use in circuit design)  3.55

Jetzt frag ich mich, mit welchem Wert ich die Streifenleitungsbreite der 
HF-Leitungen berechnen soll. Warum überhaupt zwei Angaben?


2.) Im Lagenaufbau benötige ich eigentlich nur für die Top-Lage das 
Rogers-Material. Der untere core kann aus Kostengründen Stadard FR4 
sein. Ist das üblich oder ist unsymmetrisch verwendetes Material 
problematisch bzw. teurer?

3.) Fehlen bei dem skizzierten Lagenaufbau noch irgendwelche wichtigen 
Angaben?

Als nächstes möchte ich mir Gedanken über die Leitungsbreite der 
Versorgungsbahnen und niederfrequenten Signalleitungen Gedanken machen. 
Danach geht's an die HF-Leitungen

Ich werde wahrscheinlich Grounded Coplanar Leitungen für die HF-Pfade 
verwenden, was dann zu der Frage nach einem geeigneten Verhältnis 
zwischen Leitungsbreite und Abstand zu den Masseflächen führt.

Ich hoffe, dass das was ich da mache vernünftig ist daher bitte ich euch 
um zahlreiche Kommentare.

Viele Grüße
Simon

Autor: Martin Laabs (mla)
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Hallo,

> 1.) Im Datenblatt des Materials gibt es zwei Angaben zum Epsilon R:
>
> Dielectric Constant, εr (Process specification) 3.38 ± 0.05
> Dielectric Constant, εr (Recommended for use in circuit design)  3.55

Die Erklärung ist in der Fußnote (2) gegeben, die Beschreibt wie die 
process specification gemessen wird:

Clamped stripline method can potentially lower the actual dielectric 
constant due to presence of airgap. Dielectric constant in practice may 
be higher than the values listed.

> Jetzt frag ich mich, mit welchem Wert ich die Streifenleitungsbreite der
> HF-Leitungen berechnen soll. Warum überhaupt zwei Angaben?

Mit dem Zweiten. Das Erste ist halt die Methode wie man das Material 
definiert auf seine Qualität prüft.

> 2.) Im Lagenaufbau benötige ich eigentlich nur für die Top-Lage das
> Rogers-Material. Der untere core kann aus Kostengründen Stadard FR4
> sein. Ist das üblich oder ist unsymmetrisch verwendetes Material
> problematisch bzw. teurer?

Das ist idR. unproblematisch. Aber definitiv kann Dir das nur der 
PCB-Hersteller sagen. Einfach anrufen und nachfragen. (Und vielleicht 
nicht einen von denen die mit besonders günstigen Preisen werben.)

> Als nächstes möchte ich mir Gedanken über die Leitungsbreite der
> Versorgungsbahnen und niederfrequenten Signalleitungen Gedanken machen.
> Danach geht's an die HF-Leitungen

Ähm - Du willst keine Power- und GND Planes verwenden?

> Ich werde wahrscheinlich Grounded Coplanar Leitungen für die HF-Pfade
> verwenden, was dann zu der Frage nach einem geeigneten Verhältnis
> zwischen Leitungsbreite und Abstand zu den Masseflächen führt.

Wenn Du nur eine Lage Rogers verwendest ist der Abstand zur Massefläche 
doch schon gegeben. Dann kannst Du nur noch mit der Leitungsbreite bzw. 
dem Abstand zur Massefläche "spielen" wobei sich das eine aus dem 
Anderen ergibt, wenn die Impedanz vorgegeben wird. Und wie groß Du das 
dann wählst ist eine Frage der Fertigungsmöglichkeit/-toleranzen und dem 
Platz den Du hast.

> Ich hoffe, dass das was ich da mache vernünftig ist daher bitte ich euch
> um zahlreiche Kommentare.

Wenn Du uns noch verrätst was Du genau machen willst, können wir sicher 
spezifischer Hinweise geben. Bedenke auch, dass Vias bei 6GHz schon eine 
ordentliche Impedanz erzeugen und man GND-Anschlüsse nicht so ohne 
weiteres mit einem Via realisieren kann.

Martin L.

Autor: Simon (Gast)
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Martin Laabs schrieb:
> Ähm - Du willst keine Power- und GND Planes verwenden?

Doch also ich will auf jedenfall, dass L1 eine Massefläche wird und L2 
die Versorgung übernimmt. Nun wird der HF-Teil hauptsächlich mit 5V 
versorgt und der NF-Teil mit 3V, 5V, -5V. Da werden also Flächen 
verschiedener Potentiale verlaufen. Soll ich die Flächen durch 
Masseflächen/Bahnen voneinander nochmal trennen oder reicht einfache 
eine kupferfreie Bahn dazwischen?


> Wenn Du uns noch verrätst was Du genau machen willst, können wir sicher
> spezifischer Hinweise geben. Bedenke auch, dass Vias bei 6GHz schon eine
> ordentliche Impedanz erzeugen und man GND-Anschlüsse nicht so ohne
> weiteres mit einem Via realisieren kann.


Ich layoute eine HF-Schaltung mit jeweils einem Sende- und Empfangspfad 
für einmal 6 GHz und einmal 2 GHz. Ich hätte Vias in den HF-Pfaden gerne 
vermieden, allerdings habe ich gemerkt, dass sich zwei Pfade kreuzen 
müssen. Die Platine wird ca. 10x15 cm groß.

Ich will als Prototyp eigentlich nur 2 bis 3 Platinen fertigen lassen. 
Kannst du einen PCB Hersteller empfehlen, der:

-Rogers Material verwendet
-meinen Lagenaufbau unterstützt
-HF Erfahrung besitzt

Simon

Autor: Antal 377 (antal)
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Simon schrieb:
> Doch also ich will auf jedenfall, dass L1 eine Massefläche wird und L2
> die Versorgung übernimmt. Nun wird der HF-Teil hauptsächlich mit 5V
> versorgt und der NF-Teil mit 3V, 5V, -5V. Da werden also Flächen
> verschiedener Potentiale verlaufen. Soll ich die Flächen durch
> Masseflächen/Bahnen voneinander nochmal trennen oder reicht einfache
> eine kupferfreie Bahn dazwischen?

Du meinst, auf einer Ebene verschiedene (DC-) Spannungspotentiale? Eine 
zusätzliche Massebahn dazwischen ist nicht nötig.

Simon schrieb:
> Ich layoute eine HF-Schaltung mit jeweils einem Sende- und Empfangspfad
> für einmal 6 GHz und einmal 2 GHz. Ich hätte Vias in den HF-Pfaden gerne
> vermieden, allerdings habe ich gemerkt, dass sich zwei Pfade kreuzen
> müssen. Die Platine wird ca. 10x15 cm groß.

Nochmal schauen, ob es nicht doch anders geht - alles ist besser als 
gekreuzte HF-Pfade. Wenn es gar nicht anders geht, musst du 
sicherstellen, dass durch den Lagenwechsel keine großen Impedanzsprünge 
auftreten. Auf jeden Fall beide Pfade nicht direkt übereinander kreuzen, 
sondern mit Masselayer dazwischen.

Autor: Simon (Gast)
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Eigentlich ist das echt schlecht. HF-Vias sollten ja, was ich gelesen 
habe, am besten nur in die nächste Läge gehen, also möglichst kurz sein. 
Aber wegen dem Wellenwiderstand macht ja nur ein Umleiten auf Bottom 
Sinn. Und da wäre es gut wenn ich statt Standard FR4 dann auch Rogers 
Material hätte. Echt blöd...

Autor: GB (Gast)
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> 2.) Im Lagenaufbau benötige ich eigentlich nur für die Top-Lage das
> Rogers-Material. Der untere core kann aus Kostengründen Stadard FR4
> sein. Ist das üblich oder ist unsymmetrisch verwendetes Material
> problematisch bzw. teurer?

Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche 
Wärmeausdehnungskoeffizienten, was zu "krummen" Leiterplatten nach dem 
Löten führen kann. Ob das Rogers-Material sich mit Standard-FR-4 
verträgt, hängt unter anderem auch mit dem verwendeten FR-4 zusammen 
(FR-4 ist nicht gleich FR-4!)

Autor: Sepp Obermair (Gast)
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Was Leiterplatten angeht kann ich in diesem Bereich Andus aus Berlin 
empfehlen, zwar alles andere als günstig, aber absout top Service und 
Qualität

Autor: Atze (Gast)
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...kann jemand zu dem Thema ein gutes, englischsprachiges Buch 
empfehlen? Vielen Dank!

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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Kannst Du dein Design nicht in HF-Bereiche/Platinen, die zweilagig und 
Logikbereiche/Platinen, die vierlagig gefertigt werden aufteilen und 
durch Steckverbinder/Kabel verbinden?

Autor: Nilp (Gast)
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Eurocircuits kann auch FR4-Rogers gemischt. Das scheint machbar zu sein. 
Ich wuerde auch alles beieinander haben wollen, und eher nicht mit 
Subplatten arbeiten muessen

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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Fuer einen zweilagigen reinen RO4xxx Entwurf wollte Eurocircuits fast 
das zweieinhalbfache der Kosten bei MultiPCB.

Fuer den vierlagigen RO4xx/FR4 gemischten Entwurf kannst Du dann wohl 
einen gesalzenen Preis erwarten.

Autor: xxx (Gast)
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Wie willst du mit einem Abstand von 0,5mm auf eine brauchbare Impedanz 
kommen? 50 Ohm wird da Essig. RTechne den Kram mal mit einem 
ordentlichen Fieldsolver durch.

Autor: Martin Laabs (mla)
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xxx schrieb:
> Wie willst du mit einem Abstand von 0,5mm auf eine brauchbare Impedanz
> kommen? 50 Ohm wird da Essig. RTechne den Kram mal mit einem
> ordentlichen Fieldsolver durch.

Huch - warum soll man mit 0.5mm starkem Material nicht zu brauchbaren 
Impedanzen kommen? Für normale Microstip braucht man übrigens keinen 
Fieldsolver. Die Aproximation ist für üblichen Dicke/Breite Verhältnisse 
zu 1% genau. Das ist besser als man mit FEM Programmen auf Anhieb 
schafft. (Weil die Portausdehnung z.B. ebenfalls die Impedanz 
beeinflusst und man entsprechend über ein sehr großes Feld integrieren 
muss.)
Mit einem e_r vo 3.55 wird eine 50 Ohm Microstip ca 1mm breit. Das ist 
doch super weil weder zu dünn (dann greifen die Fertigungstoleranzen zu 
stark durch) noch zu dick, dass man nicht sinnvoll an die Bauteile 
kommt.
Aber vermutlich hat der Gast xxx nur ein bisschen laut gedacht was er 
mal irgendwo aufgeschnappt hat.

Wenn der OP zweiseitig bestückt kann er den 2GHz und den 6GHz Pfad auch 
auf jeweis einer Seite verlegen und vermeidet so eine Kreuzung auf einem 
Layer. Ansonsten geht aber so eine Kreuzung bei 2GHz auch wenn man mit 
entsprechenden Reflektionen leben kann. Zur Not muss halt ein 
Dämpfungsglied rein wenn die Anpassung wichtig ist. (Wie z.B. bei SAW 
Filtern)
Ich bevorzuge bei meinen Projekten aber auch die Aufsteckmodulvariante. 
Ist einfacher zu testen und wenn man einen Fehler hat muss man nicht 
alles neu bestücken. Aber es gibt natürlich Projekte wo die Nachteile 
überwiegen.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Nilp (Gast)
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Nein. O.5mm ist ein vernuenftiger Abstand. Da hab ich mit (FR4 eps=4.6) 
einer 0.5mm (20mil) breiten Bahn grad 50 Ohm. Rogers hat einen eps 
zwischen 3 und bis zu 10, ist daher aehnlich.

Autor: Nilp (Gast)
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Zu den Preisen bei eurocircuits. Das normale Leiterplattenbusiness ist 
guenstig geworden weil die Volumen hoch sind. Wenn man nun mit Techniken 
kommt, die ein kleines Volumen haben, kann man nicht denselben Preis 
erwarten. Mit FR4 wird bei Eurocircuits alles gepoolt, da hat's hunderte 
von Designs pro Tag die reinkommen. Willst du mit einer Rogersplatte 
warten bis die einen A3 voll haben ?

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