Hallo zusammen! Vorab, ich hab schon viel gesucht, aber keine belastbaren Aussagen gefunden was denn nun stimmt... Ich suche eine Möglichkeit, auf zweilagigen Standard-Platinen (Pool-Fertigung) USB- sowie SerialATA-Datenleitungspaare mit der einigermaßen richtigen differentiellen Impedanz zu routen. Gibt es da praktische Richtwerte, oder Berechnungstools die ungefähr richtig rechnen? Ich hab mir mal das Saturn PCB Design Toolkit installiert und ein bisschen probiert. Einstellungen waren: - Conductor Height: 1,6mm - Base Copper Weight: 18um - Plating Thickness: 18um - Material Selection: FR-4 STD - Er: 4,6 Für SATA (100Ω) erhalte ich - 0,98mm Breite, 0,2mm Abstand, Zdiff=100,142Ω - 1,09mm Breite, 0,3mm Abstand, Zdiff=100,131Ω Aber dann habe ich den Tab "Er Effective" entdeckt, bei dem man das effektive Er für eine Frequenz berechnen kann. Wenn ich hier z.B. die 6000MHz von SATA3 eintrage, bekomme ich für die Leiterbahnen ein Er von 3,26 bzw. 3,29. Wenn ich mit dem neu ermittelten Er nochmal das differentielle Paar berechne, bekomme ich dann folgende Werte: - 1,30mm Breite, 0,2mm Abstand, Zdiff=100,197Ω - 1,43mm Breite, 0,3mm Abstand, Zdiff=100,237Ω Kommt das ungefähr hin? Wenn nicht, was für einen Fehler habe ich gemacht? Bei Saturn PCB wird mWn. der Lötstopplack nicht berücksichtigt, schlägt der sehr ins Gewicht oder kann man das vernachlässigen? Wenn die Werte stimmen, dann nun zum nächsten Problem: Die zwei Leitungspaare bei SATA sind am Stecker jeweils im Raster 1,27mm, und zwischen den Paaren und an den Enden ist jeweils ein Massepin. Dann habe ich bei der 1,3/0,2mm Version, wenn ich die Leitungen jeweils symmetrisch zu den Pads mache, nur 1mm Abstand zwischen den Paaren. Und das ist ja wohl eindeutig viel zu wenig... Denn wenn man nach der Regel geht, nachdem die Paare mindestens den dreifachen Abstand Leiter - Massefläche haben sollen, müssten ja mindestens 4,8mm Abstand zwischen den Paaren sein. Und außerdem ist die berechnete Breite von 1,3mm ja sogar größer als der Pitch der Anschlüsse, ich müsste also sogar noch zwei Querschnittsänderungen in den Leiterbahnen haben. Und das ist ja wohl auch schlecht für die Impedanzanpassung... Wenn ich nach dem Pitch von 1,27mm gehe und dazu 0,2mm Abstand verwende, komme ich auf 1,07mm Breite und Zdiff=109,463Ω bei korrigiertem Er. Ist theoretisch noch innerhalb der Toleranz, aber es bleibt der geringe Abstand der Paare, aber so kann ich ihn ja besser erhöhen. Würde ein Masseleiter zwischen den Paaren die Impedanz senken oder noch weiter erhöhen? Dafür hab ich nämlich kein Berechnungstool gefunden... Was also tun, wenn die Leitungslängen (Abstand der SATA-Buchsen) im Bereich von 1 bis 3cm sind, also so kurz wie irgend möglich? Kann man da mit 1,07/0,2mm routen, oder die Impedanz sogar völlig vernachlässigen? Sorry für den langen Text, aber ich hoffe ich habe mein Problem einigermaßen verständlich beschreiben können... MfG Stefan
@ Stefan B. (steckersammler) >- 1,30mm Breite, 0,2mm Abstand, Zdiff=100,197Ω >- 1,43mm Breite, 0,3mm Abstand, Zdiff=100,237Ω >Kommt das ungefähr hin? Kann sein. >Wenn nicht, was für einen Fehler habe ich gemacht? >Bei Saturn PCB wird mWn. der Lötstopplack nicht berücksichtigt, schlägt >der sehr ins Gewicht oder kann man das vernachlässigen? Kann man hier vernachlässigen, es sind Digitalsignale, die vertragen ne ganze Menge an Toleranzen und suboptimalen Wellenwiderstand. >Dann habe ich bei der 1,3/0,2mm Version, wenn ich die Leitungen jeweils >symmetrisch zu den Pads mache, nur 1mm Abstand zwischen den Paaren. >Und das ist ja wohl eindeutig viel zu wenig... >Denn wenn man nach der Regel geht, nachdem die Paare mindestens den >dreifachen Abstand Leiter - Massefläche haben sollen, müssten ja >mindestens 4,8mm Abstand zwischen den Paaren sein. Geradezu riesig! Aber >Und außerdem ist die berechnete Breite von 1,3mm ja sogar größer als der >Pitch der Anschlüsse, ich müsste also sogar noch zwei >Querschnittsänderungen in den Leiterbahnen haben. >Und das ist ja wohl auch schlecht für die Impedanzanpassung... Naja. >Würde ein Masseleiter zwischen den Paaren die Impedanz senken oder noch >weiter erhöhen? Senken. >Was also tun, wenn die Leitungslängen (Abstand der SATA-Buchsen) im >Bereich von 1 bis 3cm sind, also so kurz wie irgend möglich? >Kann man da mit 1,07/0,2mm routen, oder die Impedanz sogar völlig >vernachlässigen? Völlig vernachlässigen sollte man es nicht. Bei 6 GBit/s geht es schon recht flott zu, da liegen die Anstiegszeiten bei 100ps und weniger. Die kritische Leitungslänge liegt da bei ca. 3mm, siehe Wellenwiderstand. Solche echten High Speed Geschichten auf normalem doppelseitigem FR4 ist schon grenzwertig. Normalerweise nimmt man dafür ein Multilayer mit max. 0,2mm Dicke zwischen Masse und Signalebene, damit werden die Geometrien deutlich kleiner (dünner). Hier kann man nur so gut es geht einen Würg Around machen und hoffen, dass es geht. Also mit dünnen Leiterbahnen vom Stecker weg und dann so früh wie nur geometrisch möglich auf die berechnete Geometrie gehen und hoffen, dass die Störstelle nicht zu groß ist. Ob das dann klappt, muss man probieren und wenn möglich mit einem TDR, Netzwerkanalysator oder schnellen Oszi (Augendiagramm) messen.
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Stefan B. schrieb: > Ich suche eine Möglichkeit, auf zweilagigen Standard-Platinen > (Pool-Fertigung) USB- sowie SerialATA-Datenleitungspaare mit der > einigermaßen richtigen differentiellen Impedanz zu routen. Bei 2seitig mit 1,5 mm werden solche Leitungen mächtig breit, da knn man einfach nix machen. Siehe Bild einer existierenden Schaltung mit USB und Ethernet (hat auf Bottom auch eine GND-Fläche). Geht das so nicht, hilft bloss dünneres Material oder eben ein ML mit einer näherliegenden GND-Lage. Georg
Hallo Georg, das Layout ist auch nicht gut gelungen. Die GND Fläche neben den 100R Leiterbahnen sollte mindestens 2 - 3 mal Leiterbreite Abstand zu den Signalen haben, da sonst die Impedanz beeinflusst wird. Des weiteren muss man drauf achten, dass die Plane nicht durch andere Leiterbahnen unterbrochen wird in dem Bereich der Impedanz kontrollierten Leiterbahnen. Jens
Jens D. schrieb: > das Layout ist auch nicht gut gelungen. Die GND Fläche neben den 100R > Leiterbahnen sollte mindestens 2 - 3 mal Leiterbreite Abstand zu den > Signalen haben, da sonst die Impedanz beeinflusst wird. So ein Unsinn: genau das ist ja beabsichtigt. Wie kommst du auf die absurde Idee, dass die seitlichen GNDs nicht mit einberechnet wären? Dein 2.ter Einwand ist auch nicht intelligenter, wo ist denn da die Plane unterbrochen? Oder willst du einfach nur um jeden Preis was runtermachen, was nicht von dir ist? Dann solltest du schon Tatsachen anführen. Georg
Georg, wenn du das so gut weißt frage ich mich, warum man das bei den ganzen anderen Leiterplatten nicht sieht. Aber bitte wenn es dir da durch besser geht. Was aber definitiv nicht korrekt umgesetzt ist (und da du ja so gut über Differentielle Leitungen informiert bist) ist der Längenausgleich zwischen D+ und D- der nicht umgesetzt ist. Klar funktioniert es aber bei dem kurzen Stück und USB 2.0 wird selbst die Impedanz keine Rolle spielen. Zum zweiten Punkt war das nicht auf dein Layout gemünzt sondern allgemein und sollte nur eine Ergänzung sein. Hier geht es um SATA und da geht es in ganz andere Dimensionen. Jens
Georg schrieb: > dass die seitlichen GNDs nicht mit einberechnet wären? Hallo, mit welcher Methode bzw. SW lässt sich denn die Impedanz einer Leiterbahn mit gegenüber liegender Masse zzgl. umfliessender Masse berechnen? Gruß
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Erst mal danke für die vielen Antworten! Das hilft mir schon mal weiter. Mit welcher Software man differentielle Paare mit gegenüberliegender Massefläche und gleichzeitig das Paar umgebende Masse simulieren und berechnen kann, interessiert mich auch sehr. Differentielle Paare können ja viele, wenn auch mit unterschiedlichen Ergebnissen. Aber mit umgebender Masse hab ich noch keins gefunden. Sowas wird wahrscheinlich nicht umsonst zu haben sein... Georg, welche Breite haben deine differentiellen Leitungen, und wie ist der Abstand zueinander? Und welchen Abstand hat das Paar zur umgebenden Massefläche? Mit was hast du das berechnet/simuliert? MfG Stefan
Jens D. schrieb: > wenn du das so gut weißt frage ich mich, warum man das bei den ganzen > anderen Leiterplatten nicht sieht. Was soll ich wissen und welche anderen Leiterplatten? Jens D. schrieb: > Was aber definitiv nicht korrekt umgesetzt ist Wenn das für dich bloss unbrauchbarer Dreck ist, dann erkläre du doch dem TO, wie man es deiner Meinung nach richtig macht. Das wäre konstruktiv. Georg
Stefan B. schrieb: > Georg, welche Breite haben deine differentiellen Leitungen, und wie ist > der Abstand zueinander? Auf dem Mobbing-Niveau hier hat es keinen Sinn weiterzudiskutieren. Wenn du willst, kann ich dir eine PN schicken. Georg
Georg, um es korrekt umzusetzen müsste man auch den Umfang der Schaltung kennen. Aber SATA auf 2 Lagen wird wie oben schon gesagt nicht sauber umsetzbar sein. Was das Designen von Leiterplatten betrifft habe ich schon einiges hinter mir (USB, Ethernet, DDR3, 10GB Ethernet XFI....) und bisher lief alles. Klar Wenn man sich die APP-Nodes und Datenblätter von den Bausteinen an sieht geht jeder von mindestens 4 Lagen aus weil die Abstände zwischen den Lagen sonst zu groß wird und die Leiterbahnen zu breit werden. Funktionieren kann sehr viel aber ob es auch korrekt und sauber ist steht auf einem anderen Blatt. Jens
Jens D. schrieb: > Funktionieren kann sehr viel aber ob es auch korrekt und sauber ist > steht auf einem anderen Blatt. Von dir sind nur haltlose Unterstellungen zu hören. Da ist jede Diskussion sinnlos, du erfindest bloss immer was neues was angeblich falsch berechnet ist. Schade dass dieses Forum so durch Hass und Missgunst versaut wird. Georg
Georg schrieb: > Auf dem Mobbing-Niveau hier hat es keinen Sinn weiterzudiskutieren. Wenn > du willst, kann ich dir eine PN schicken. Klar, gerne. Jens D. schrieb: > um es korrekt umzusetzen müsste man auch den Umfang der Schaltung > kennen. Im Prinzip geht es um eine einfache (passive) SATA-Backplane, also ohne Port Multiplier oder aktive Komponenten in den Datenleitungen. Auf der einen Seite der Platine die Buchsen zu den HDDs, auf der anderen die Stecker für die Kabel. Wenn ich die Stecker so nah zusammenrücke wie möglich, könnte ich auf geschätzt 5 bis 10mm Leitungslänge kommen. Geräteseitige Buchse wäre Molex 87779-1001 Kabelseitiger Stecker wäre Molex 47155-4001 Und (leider) ist das ganze ein Hobbyprojekt, da wird es wohl schwer, einigermaßen günstig an ein Multilayer mit passendem Aufbau zu kommen. Deshalb die Frage ob das auch mit nur zwei Lagen sinnvoll möglich ist... MfG Stefan
Stefan B. schrieb: > Wenn ich die Stecker so nah zusammenrücke wie möglich, könnte ich auf > geschätzt 5 bis 10mm Leitungslänge kommen. Da wird es auch wenig Sinn machen mehrere Lagen dafür zu nutzen. Versuch auf jeden Fall die Leiterbahnen gleich lang zu machen und wie schon beschrieben unter den SATA Leitungen nur eine GND Plane zu setzen. Jens
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Ok, also so wie im Bild? Näher bekomm ich die Stecker nicht zusammen, sind knappe 5mm Abstand von Padmitte zu Padmitte für die Datenleitungen. Leiterbahnbreite ist 1,07mm, Abstand 0,2mm. MfG Stefan
Stefan B. schrieb: > Ok, also so wie im Bild? Wenn das alles ist, brauchst du dir über die Impedanz garkeine Gedanken zu machen. Könnte auch noch der eine oder andere mm mehr an Länge sein. Georg
Naja, es ist alles für die Datenleitungen. Zusätzlich kommt noch eine Aktivitäts-LED (Pin P11 im Stromstecker) und vielleicht eine Präsenz-Erkennung (über den 5V Precharge-Pin P7), aber da halte ich genug Abstand zu den Datenleitungen. Es soll eben zu keinen Problemen bei der Datenübertragung kommen.
Hallo, Michael K. schrieb: > mit welcher Methode bzw. SW lässt sich denn die Impedanz einer > Leiterbahn mit gegenüber liegender Masse zzgl. umfliessender Masse > berechnen? Stefan B. schrieb: > Mit welcher Software man differentielle Paare mit gegenüberliegender > Massefläche und gleichzeitig das Paar umgebende Masse simulieren und > berechnen kann, interessiert mich auch sehr. Schaut Euch die "Multilayer Multiconductor Transmission Line 2-D and 2.5-D electromagnetic modeling tool suite" (MMTL) an. http://mmtl.sourceforge.net/ Bitte beachten: Dieser Bug http://sourceforge.net/p/mmtl/bugs/15/ ist in der Version v1.2.2 wohl wieder drin. Daher Masseleiter immer schön mit "gr" am Anfang benennen. Vergisst man dies fällt es jedoch sofort auf, da plötzlich auch für den Masseleiter eine Impedanz ausgegeben wird. Wenn Ihr mit dem o. g. Programm eine koplanare Massefläche simuliert müsst ihr diese in der Praxis natürlich auch auf Masse "festnageln". Stichwörter: "via stitching" bzw. "via fence". Jens D. schrieb: > Die GND Fläche neben den 100R > Leiterbahnen sollte mindestens 2 - 3 mal Leiterbreite Abstand zu den > Signalen haben, da sonst die Impedanz beeinflusst wird. @Jens D. Worauf basiert diese Aussage? Ich bin hier bei "1,5 mal Leiterbreite". Mit freundlichen Grüßen Guido
Danke, sehr interessantes Programm! Ich habe es mal kurz probiert, weiß aber nicht ob die Ergebnisse stimmen können, weil ich mir bei "Permittivity" und "Loss Tangent" nicht sicher war. Welche Werte sind denn hier für "Standard"-FR4 sinnvoll? Und wird die Frequenz hier irgendwie berücksichtigt? In BEM kann man ja nur die Rise Time einstellen... MfG Stefan
Stefan B. schrieb: > Welche Werte sind denn hier für "Standard"-FR4 sinnvoll? Wichtig ist die Dielektrizitätskonstante, engl. permittivity, für FR4 ist 4,3 ein guter Mittelwert, sonst halt im Datenblatt nachsehen sofern vorhanden. Verluste sind gering, da kann man für den Verlustwinkel 0 angeben, du kannst auch mal probieren ob 0,02 (ein Wert für FR4) überhaupt merklich was ändert. Georg
Guido C. schrieb: > Worauf basiert diese Aussage? Ich bin hier bei "1,5 mal Leiterbreite" Elektrisch gesehen gibt es keinen Grund für einen bestimmten Wert, man muss bloss die Impedanz korrekt berechnen. Grenze ist natürlich die Herstellbarkeit, aber die ist heute so gut dass ich das nie ausnutze. 10..20 mil sind brauchbare Werte. Man sollte auch deshalb den Abstand nicht allzuklein wählen, weil dann die Toleranzen der Herstellung mehr ins Gewicht fallen. Georg
Hallo, Stefan B. schrieb: > Ich habe es mal kurz probiert, weiß aber nicht ob die Ergebnisse stimmen > können, weil ich mir bei "Permittivity" und "Loss Tangent" nicht sicher > war. > Welche Werte sind denn hier für "Standard"-FR4 sinnvoll? hier gibt es ein Datenblatt von Bugard: http://www.bungard.de/images/downloads/ipc4101d.pdf Stefan B. schrieb: > Und wird die Frequenz hier irgendwie berücksichtigt? Bei der Berechnung des Wellenwiderstands einer (Mikro)Streifenleitung meines Wissens nicht. Georg schrieb: > Man sollte auch deshalb den Abstand nicht allzuklein wählen, weil dann > die Toleranzen der Herstellung mehr ins Gewicht fallen. Das ist natürlich ein Argument. Mit freundlichen Grüßen Guido
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