Koplanarer Wellenleiter mit Massefläche

[M. M. (blackcow)]

Ich will eine impedanzgematchte Leiterbahn verlegen. Dazu gibt es 
beispielsweise in KiCad ein Tool, mit dem man die Maße schätzen lassen 
kann. Dazu habe ich die Konfiguration wie im angehängten Bild 
ausgewählt. Bei so einer koplanaren Struktur mit Massefläche sind keine 
Via-stitches links und rechts der Bahn vorgesehen? Zumindes nicht in 
unmittelbarer Nähe?!

Das würde ich aber gerne machen. Nun habe ich Folgende Möglichkeiten: 
Entweder diese Stitches mit etwas Abstand zur Leiterbahn setzen oder mit 
einem FEM-Programm meine Impedanz korrekt ausrechnen. Sehe ich das 
richtig, bzw. wie nennt man diese Struktur eigentlich?

[Mitlesa (Gast)]

Vieleicht solltest du noch angeben für welche Frequenz oder
welchen Frequenzbereich das Ganze gedacht ist, sonst ist das
was du machen willst vielleicht "überkandidelt" ....

[M. M. (blackcow)]

40MHz-6GHz

[Mitlesa (Gast)]

M. M. schrieb:
> Bei so einer koplanaren Struktur mit Massefläche sind keine
> Via-stitches links und rechts der Bahn vorgesehen?

Naja, von der Impedanz-Berechnung her schon. Und definiert
muss das Ganze ja sein, also brauchst du eine definierte Masse
auch auf der Seite. Die koplanare Massefläche ist ja "Masse".

Meine Erfahrung sagt mir dass die Durchkontaktierungen auf der
Seite (das was du stitches nennst) in der Berechnung nicht
relevant sind. Selbst wenn sie deine Impedanz etwas verändern
gehen die Einflüsse im Gesamtkonzepz unter da bei 6GHz an den
Schnittstellen zu den HF-Bauteilen (Schalter, Verstärker ...)
locker mal 10...15 dB Reflexionsfaktor auftritt, und diese
Veränderung wirst du durch "Stitches" alleine nicht erreichen.

Die Impedanz der Leitung wir also immer deutlich besser nahe
bei 50 Ohm sein als die Beteiligten aktiven und passiven
Bauelemente.

[M. M. (blackcow)]

Mitlesa schrieb:
> Naja, von der Impedanz-Berechnung her schon. Und definiert
> muss das Ganze ja sein, also brauchst du eine definierte Masse
> auch auf der Seite. Die koplanare Massefläche ist ja "Masse".

Das die Masseflächen DC-mäßig miteinander verbunden sind leuchtet ein. 
HF-mäßig sieht es für mich so aus als ob die (Annäherungs)Formel von 
unendlich ausgedehnten, nicht miteinander verbundenen Masseflächen 
ausgeht.

> Meine Erfahrung sagt mir dass die Durchkontaktierungen auf der
> Seite (das was du stitches nennst) in der Berechnung nicht
> relevant sind.

Wenn die Durchkontaktierungen min. 3-4 Leiterbahnbreiten von der Kante 
entfernt sind glaube ich das auch. Ich befürchte das die zusätzliche 
Kapazität durch die Vias, wenn sie direkt neben der Leiterbahn sind, 
doch einen relativ großen Einfluss haben. Am besten wäre es wohl mit 
einem Programm zu simulieren und dann zur Sicherheit ein Probestück zu 
vermessen. Aber ehrlichgesagt ist mir das zu viel Aufwand den ich gern 
umgehen möchte.

[Tobias P. (hubertus)]

M. M. schrieb:
> Mitlesa schrieb:
>> Naja, von der Impedanz-Berechnung her schon. Und definiert
>> muss das Ganze ja sein, also brauchst du eine definierte Masse
>> auch auf der Seite. Die koplanare Massefläche ist ja "Masse".
>
> Das die Masseflächen DC-mäßig miteinander verbunden sind leuchtet ein.
> HF-mäßig sieht es für mich so aus als ob die (Annäherungs)Formel von
> unendlich ausgedehnten, nicht miteinander verbundenen Masseflächen
> ausgeht.
>
>> Meine Erfahrung sagt mir dass die Durchkontaktierungen auf der
>> Seite (das was du stitches nennst) in der Berechnung nicht
>> relevant sind.


Ich meine, dass beim CPW beidseitig des Leiters und darunter Masse sein 
muss, und zwar auch HF-mässig. Sollte man dann die Masseflächen nicht 
mit Vias zusammen nageln?

[Mitlesa (Gast)]

M. M. schrieb:
> Wenn die Durchkontaktierungen min. 3-4 Leiterbahnbreiten von der Kante
> entfernt sind glaube ich das auch.

Viel (!) zu päpstlich gedacht. Für die Feld-Berechnung ist ja die
nächste Nähe einer Masse relevant, und das sind die Seitenkanten
der Masse und die Masse direkt unter der Leitung. Alles was
weiter weg ist geht sehr untergeordnet ein.

Aber du kannst dir das Leben auch schwer machen. Denn
3-4 Leiterbahnbreiten sind eine Menge Platz (verschwendet) auf
der Platine. Da musst du schon sehr grosszügig Platz haben.
Und es nützt dir nichts. Will heissen Du wirst es nicht
nachweisen können.

[Mitlesa (Gast)]

Tobias P. schrieb:
> Sollte man dann die Masseflächen nicht mit Vias zusammen nageln?

Das will er ja machen und soll er auch.

[M. M. (blackcow)]

Mitlesa schrieb:
> Viel (!) zu päpstlich gedacht. Für die Feld-Berechnung ist ja die
> nächste Nähe einer Masse relevant, und das sind die Seitenkanten
> der Masse und die Masse direkt unter der Leitung. Alles was
> weiter weg ist geht sehr untergeordnet ein.

Nagut, dann mach ich mir mal keinen Kopf.

[Tobias P. (hubertus)]

Mitlesa schrieb:
> Das will er ja machen und soll er auch.

Das meine ich auch. Ich habe schon Leiterplatten gesehen, wo unmittelbar 
neben dem Mittelleiter in Abständen <1mm Via neben Via gewesen ist. Sah 
jedenfalls wie ein CPW aus, es ist auch einer oder täusche ich mich da?


Edit: vielleicht ist das mit den Vias doch nicht so einfach. Denn das 
Feld breitet sich ja zum Teil im Luftspalt zwischen Mittelleiter und den 
beiden seitlichen Masseflächen aus, und zum anderen Teil im Dielektrikum 
unterhalb des Mittelleiters. Wenn da die Vias zu nahe am Mittelleiter 
sitzen hat das vielleicht doch einen Effekt? ?

[Mitlesa (Gast)]

Tobias P. schrieb:
> Wenn da die Vias zu nahe am Mittelleiter
> sitzen hat das vielleicht doch einen Effekt?

Red' ruhig weiter.

[M. M. (blackcow)]

So habs jetzt mal mit FEMM ausprobiert: Daten in KiCad-Rechner 
eingetippt und Maße angepasst wg. Abschirmung und den Vias.

Struktur sieht folgendermaßen aus: FR4, 1.55mm; über die Platine kommt 
noch eine gefräßte Messingabschirmung (hätte ich fast vergessen); 1.2mm 
Leiterbahnbreite; 0.3mm Abstand zur Massefläche; Vias mit 0.3mm Abstand 
zur Kante (Approximiert mit 0.6mm Abstand, da ja keine durchgehende 
Wand).

Damit komm ich auf 47Ohm. Sollte passen.

[M. M. (blackcow)]

Ich seh grad das ich das falsche Bild von der Magnetfeldsimulation 
angehängt hab. Bei höheren Frequenzen breitet sich das Feld nicht so 
weit aus und dann passt das mit den 47Ohm.

[Mitlesa (Gast)]

M. M. schrieb:
> Damit komm ich auf 47Ohm. Sollte passen.

Rück doch mal die Vias bis zum Rand der Masse. Das ist
doch das Spannende was dann passiert ....

[M. M. (blackcow)]

ca 35 Ohm bei ansonsten gleichen Abmessungen. Wobei das Ergebnis mit 
vorsicht zu betrachten ist, da die Vias Abstand untereinander haben und 
der Kapazitätsbelag wieder abnimmt. Aber 0.3mm Restring passt perfekt 
für meine Anwendung.

[Tobias P. (hubertus)]

M. M. schrieb:
> ca 35 Ohm bei ansonsten gleichen Abmessungen. Wobei das Ergebnis mit
> vorsicht zu betrachten ist, da die Vias Abstand untereinander haben und
> der Kapazitätsbelag wieder abnimmt. Aber 0.3mm Restring passt perfekt
> für meine Anwendung.

Also Vias näher am Innenleiter ergibt niedrigere Impedanz?

[Mitlesa (Gast)]

M. M. schrieb:
> ca 35 Ohm bei ansonsten gleichen Abmessungen.

Hätte einen weit geringeren Einfluss erwartet.

Aber unsere Bedingungen hier in der Firma sind andere:

- 0.38 mm Teflon,
- 1.04mm 50 Ohm Leitung,
- Spalt zur Aussen-Masse 1-1.5mm,
- aussen Vias "beliebig"

Somit ist wohl der maßgebliche Anteil verschoben auf das Feld
unter der 50 Ohm Leitung zu Massefläche ....

[Tobias P. (hubertus)]

Mitlesa schrieb:
> Tobias P. schrieb:
>> Wenn da die Vias zu nahe am Mittelleiter
>> sitzen hat das vielleicht doch einen Effekt?
>
> Red' ruhig weiter.

Mitlesa schrieb:
> Somit ist wohl der maßgebliche Anteil verschoben auf das Feld
> unter der 50 Ohm Leitung zu Massefläche ....

:-)