Hallo zusammen, ich bin gerade dabei für meine Masterarbeit einige Leiterplatten auf Impedanz über ein Frequenzspektrum zu analysieren. Ich habe noch Verständnisschwierigkeiten bei folgendem Sachverhalt: Ich habe ein Impedanzmaximum gemessen, dass je nach Bestückung der Leiterplatte zwischen 100 MHz und 300 MHz auftritt. (Siehe Screenshot) Laut der beteiligten Hardware Entwickler tritt aufgrund des Impedanzmaximums eine Oszillation auf der gemessenen Leitung auf. Meine Frage ist: Warum fängt die Schaltung an zu schwingen, wenn die Impedanz ansteigt? Ich habe mich ein wenig in Impedanz, Decoupling, Prallel- und Reihenresonanz eingelesen. Warum Schwingungen bei minimaler Impedanz angeregt werden, leuchtet mir ein, aber ich verstehe noch nicht warum das Impedanzmaximum entdämpfend wirkt. Habt ihr eine Idee in welche Richtung ich mich noch aufschlauen muss? Ich bin auch Dankbar für Stichworte mit denen ich weiter recherchieren kann. Grüße
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Naja, Impedanzmaximum ist keine Folge von Oszillation sondern sie gehören zusammen. je nachdem wie deine Leiterplatten aufgebaut sind hast du entweder diskrete RLC Schwingkreise oder die RLC Schwingkreise treten durch parasitäre effekte auf. -Bei hohen Frequenzen fällt die Impedanz der Kapazität nicht ins gewicht -Bei geringen frequenzen fällt die Impedanz der Induktivität nicht ins gewicht -Die Impedanz des Widerstands ist über alle Frequenzen gleich Das bedeutet bei geringen Frequenzen hast du überwiegend die Impedanz von R und C. Bei hohen Frequenzen hast du die Impedanz von R und L und dementsprechend bei einer bestimmten Frequenz(Resonanzfrequenz), in der der Schwingkreis schwingt xD fallen die Impedanzen von LC gleich ins gewicht und daher das Maximum.
Weil die Verluste bei einem Impedanzmaximum minimal sind.
Das ist so nicht ganz korrekt. Schwingneigung tritt immer bei einer Schleifenphase von 0° auf. Manchmal befindet sich dort auch ein Maximum.
G.S schrieb: > Naja, Impedanzmaximum ist keine Folge von Oszillation sondern sie > gehören zusammen. je nachdem wie deine Leiterplatten aufgebaut sind hast > du entweder diskrete RLC Schwingkreise oder die RLC Schwingkreise treten > durch parasitäre effekte auf. Aber eben den Zusammenhang verstehe ich nicht. Warum ist die Amplitude der Schwingungen über 100 MHz höher als bei z.B. 50 MHz? Ich würde vermuten, dass die steigende Impedanz eher dämpfend wirkt. Hintergrundinfos zur Schaltung: Grund für meine Simulation ist, dass eine 300 MHz Schwingung auf der Leitung gemessen wurde, sobald ein MOSFET auf dem Board geschaltet hat. Meine Vermutung ist aktuell, dass die Schwingung durch den MOSFET über ein Frequenzspektrum angeregt wird. Schaltung hat eben im 200 MHz Bereich Resonanz. Ich hätte nur eben Vermutet, dass ich dort ein Minimum messe. G.S schrieb: > -Bei hohen Frequenzen fällt die Impedanz der Kapazität nicht ins gewicht > -Bei geringen frequenzen fällt die Impedanz der Induktivität nicht ins > gewicht > -Die Impedanz des Widerstands ist über alle Frequenzen gleich Das habe ich schon verinnerlicht. In meinem Beispiel Steigt die Impedanz aufgrund von schlechter Anbindung von 100 nF Kondensatoren auftreten. Die gelbe Linie zeigt, die Schaltung ohne Kondensatoren. Die anderen sind unterschiedliche Kombinationen von Kondensatoren unterschiedlicher Werte. Ich verstehe nur nicht warum ein Impedanzmaximum verhindert werden muss. Sapperlot W. schrieb: > Weil die Verluste bei einem Impedanzmaximum minimal sind. Das verstehe ich nicht. Ich hätte gedacht, dass die Verluste bei hoher Impedanz ansteigen. B e r n d W. schrieb: > Das ist so nicht ganz korrekt. Schwingneigung tritt immer bei einer > Schleifenphase von 0° auf. Manchmal befindet sich dort auch ein Maximum. Also muss ich auch auf die Phasenverschiebung schauen und nicht auf nur auf die Impedanz? Ich hatte meinen Kollegen so verstanden, dass hohe Impedanz immmer auch eine Schwingneigung bedeutet.
Bezueglich Impedanz : reden wir von einem Serien, oder einem Parallelschwingreis ?
Leo M. schrieb: > G.S schrieb: >> Naja, Impedanzmaximum ist keine Folge von Oszillation sondern sie >> gehören zusammen. je nachdem wie deine Leiterplatten aufgebaut sind hast >> du entweder diskrete RLC Schwingkreise oder die RLC Schwingkreise treten >> durch parasitäre effekte auf. > > Aber eben den Zusammenhang verstehe ich nicht. Warum ist die Amplitude > der Schwingungen über 100 MHz höher als bei z.B. 50 MHz? Ich würde > vermuten, dass die steigende Impedanz eher dämpfend wirkt. Hast du die L und C Werte für deine MEssungen? Wenn nicht kannst du Beispielwerte nehmen. Ich glaube es lässt sich nämlich veranschaulichen wenn du Xc und XL getrennt von einander aber in einem Diagramm visualisierst. Dann wirst du erkennen, dass sich das X aus deiner Messung aus der Addition ergibt.
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Nach meinem Verständnis handelt es sich um einen Parallelschwingkreis. Im Scrennshot habe ich das Netz Rot markiert, bei dem ich die Impedanzanalyse durchgeführt habe. Der Kondensator C5037 ist, für das Impedanzmaximum verantwortlich. Die Schaltung ist eine gemischte IGBT-MOSFET-Brücke
Leo M. schrieb: > Meine > Frage ist: Warum fängt die Schaltung an zu schwingen, wenn die Impedanz > ansteigt? Grundlagen: Reihen und Parallelschwingkreis, respektive Saug und Sperrkreis. Früher hat man sowas schon deutlich vor dem Vordiplom durchgenommen. Ich meine wir hätten das sogar im Physik Leistungskurs 12. Klasse kurz angerissen. Das das jetzt einen Masterstudenten vor ein Rätsel stellt verheisst nichts gutes für die neuen Abschlüsse :-(
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G.S schrieb: > Hast du die L und C Werte für deine MEssungen? Wenn nicht kannst du > Beispielwerte nehmen. Ich glaube es lässt sich nämlich veranschaulichen > wenn du Xc und XL getrennt von einander aber in einem Diagramm > visualisierst. Dann wirst du erkennen, dass sich das X aus deiner > Messung aus der Addition ergibt. Ich kann mir den Imaginär- und Realteil der Impedanz anzeigen lassen. (Screenshots) Hilft das weiter? Xc und XL geht erstmal nicht ohne weiteres. Ich denke aber ich weiß worauf du hinaus willst. Der Andere schrieb: > Grundlagen: > Reihen und Parallelschwingkreis, respektive Saug und Sperrkreis. > > Früher hat man sowas schon deutlich vor dem Vordiplom durchgenommen. Ich > meine wir hätten das sogar im Physik Leistungskurs 12. Klasse kurz > angerissen. > Das das jetzt einen Masterstudenten vor ein Rätsel stellt verheisst > nichts gutes für die neuen Abschlüsse :-( Natürlich habe ich schon diesen Zusammenhängen gehört. Meine Schwierigkeit ist nur eben die folgende: Meiner Meinung nach liegt ein Sperrkreis als Parallelschwingkreis vor. Ich verstehe nur nicht warum, das Impedanzmaximum zu einer Anregung der Schwingung führt. Ich bin davon ausgegangen, dass der Sperrkreis, wie der Name schon sagt, bei Resonanz dämpfend wirkt.
> Der Andere schrieb: >> Grundlagen: >> Reihen und Parallelschwingkreis, respektive Saug und Sperrkreis. > Natürlich habe ich schon diesen Zusammenhängen gehört. Meine > Schwierigkeit ist nur eben die folgende: Meiner Meinung nach liegt ein > Sperrkreis als Parallelschwingkreis vor. Trivial. Wenn es ein Impedanzmaximum bei einer bestimmten Frequenz gibt, dann kann das nur ein Parallelschwingkreis sein. > Ich verstehe nur nicht warum, > das Impedanzmaximum zu einer Anregung der Schwingung führt. Tut es nicht. Jedenfalls nicht zwingend. Da mußt du etwas falsch verstanden haben. > Ich bin > davon ausgegangen, dass der Sperrkreis, wie der Name schon sagt, bei > Resonanz dämpfend wirkt. Das hast du auf jeden Fall falsch verstanden. Ob ein Parallelschwing- kreis sperrend wirkt, hängt davon ab, wie er im Signalweg liegt. Der Grund, warum eine eventuelle(!) Schwingneigung mit dem Impedanz- maximum eines beteiligten Schwingkreises zusammen fallen kann(!), ist der Phasenverlauf. Für einen Oszillator muß die Gesamtphasenverschiebung 0 sein (bzw. ein Vielfaches von 360°). Verstärker haben 0° oder 180° Phasenverschiebung, die Rückkopplung an sich hat - je nachdem wie sie wirkt - ebenfalls 0° oder 180°. Der frequenzabhängige Teil muß bei der Schwingfrequenz also entweder 180° Phasenverschiebung bringen - das schafft man am ehesten mit kaskadierter Tiefpässen. Oder eben 0°. Und ein LC-Schwingkreis (egal ob Parallel- oder Serienschwingkreis) hat diese 0° nun mal bei Resonanz. Ergo: wenn es reproduzierbar bei einer bestimmten Frequenz schwingt, dann hat man eventuell irgendwo einen Schwingkreis in Resonanz. Die viel interessantere Frage ist allerdings die nach der Art der Rückkopplung. Ein oft vernachlässigter Weg geht dabei über die Betriebsspannungsversorgung. Das Ausgangssignal "zerrt" an der Betriebsspannung und deren "Wackeln" sorgt über die unzureichende PSRR des Verstärkers für die Rückkopplung.
Leo M. schrieb: > Ich verstehe nur nicht warum, > das Impedanzmaximum zu einer Anregung der Schwingung führt. Ich bin > davon ausgegangen, dass der Sperrkreis, wie der Name schon sagt, bei > Resonanz dämpfend wirkt. Achso, ich verstehe hoffentlich was du jetzt meinst. Naja bei Resonanz ist die Impedanz am höchsten(verursacht durch C und L), das bedeutet weniger strom fliesst durch L und C und der Strom fliesst überwiegend durch R -> Spannungsabfall über R Wenn jetzt die frequenz des Eingangssignals von der Resonanzfrequenz abweicht, dann fließt weniger strom durch R und mehr durch L und C -> weniger Strom durch R und geringerer Spannungsabfall über R was auch als Dämpfung aufgefasst wird
Leo M. schrieb: > Habt ihr eine Idee in welche Richtung ich mich noch aufschlauen muss? > > Ich bin auch Dankbar für Stichworte mit denen ich weiter recherchieren > kann. Damit wir wissen, welche Grundlagen Du schon hast: In welchem Fach machst Du denn Masterarbeit und was ist Dein bisheriger Ausbildungsstand?
G.S schrieb: > Achso, ich verstehe hoffentlich was du jetzt meinst. Naja bei Resonanz > ist die Impedanz am höchsten(verursacht durch C und L), das bedeutet > weniger strom fliesst durch L und C und der Strom fliesst überwiegend > durch R -> Spannungsabfall über R Danke ich glaube jetzt habe ich es etwas besser Verstanden. In meinem Beispiel ist L also unter Anderem der Induktive Einfluss der Entkoppelkondensatoren. Dieser wird mit steigender Frequenz immer größer und sorgt dafür, dass ein höherer Strom durch meine Plane fließt.
Axel S. schrieb: > Die viel interessantere Frage ist allerdings die nach der Art der > Rückkopplung. Ein oft vernachlässigter Weg geht dabei über die > Betriebsspannungsversorgung. So wie ich den Anfangspost verstehe legt er an die Platine ein durchstimmbares HF-Signal und misst. Und kommt so auf seine Kurve.
Wehret den Anfängen schrieb: > So wie ich den Anfangspost verstehe legt er an die Platine ein > durchstimmbares HF-Signal und misst. Und kommt so auf seine Kurve. Da habe ich mich missverständlich ausgedrückt. Die Screenshots sind bei einer Simulation der Leiterplatte entstanden. Messung war also das falsche Wort. Die Oszillationen wurden aber auf der gleichen Leitung/Plane tatsächlich mit dem Oszilloskop gemessen. Mein Ziel war es die Ursache herauszufinden. Als ich meinem Mitarbeiter den Impedanzverlauf gezeigt habe, war seine Aussage, dass das Impedanzmaximum die Schwingungen entdämpft. Warum der Impedanzverlauf aussieht, wie er aussieht, habe ich schon verstanden. Ich kann ja sogar sagen welcher Kondensator für welche Spitze verantwortlich ist. Dazu kommt die Topologie der Leiterplatte. Nur der Zusammenhang Impedanzmaximum->Resonanz->Schwingneigung war mir nicht klar.
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