Hallo zusammen, ich bin kurz davor mir ein 6 Lagen Board zu layouten. Neben einigen Steuer- und Audiosignalen wird auch 3x Gigabit Ethernet benötigt (wenn auch nur relativ kurze Leitungen -> ca kleiner 5-7cm Länge). Dafür muss ich ja beim PCB-Hersteller einen definierten Lagenaufbau angeben. Doch wie genau gehe ich da am besten vor? Ich habe in einer PDF (*1, S. 10) mal einen 6-Lagen Aufbau wie folgt gesehen: 1. Highspeed Signal - Prepreg 2. Power Plane - Core 3. Low Speed Signal - Prepreg 4. Low Speed Signal - Core 5. GND Plane - Prepreg 6. Highspeed Signal Gibt es da Preislich einen (generellen) Unterschied zu dem selben Aufbau, nur das Prepreg und Core getauscht sind? Blind oder Burried Vias sind nicht vorgesehen. Ich habe auch überlegt, Layer 2 und 5 als GND-Plane zu nehmen und in Layer 3 (oder 4) eine Powerplane. Das kostet mich zwar eine Low Speed Signal Lage, aber da der Highspeed Bereich relativ klein ist, könnte ich auf dem Rest der PCB auch auf Lage 1 und 6 mit den Low-Speed Signalen umher. Der Vorteil wäre, bei Vias von Lage 1 zu 6 bräuchte ich nur ein zusätzliches THT-Via für GND setzen und spare mir den Kondensator. Ist das zu übertrieben oder gar Schwachsinn? Wie sieht das eigentlich aus mit dem symmetrischen Lagen/Kupferflächen? Im Fall oben wäre Lage 2 voll mit Kupfer, auf Lage 3 (bzw. im anderen Fall Lage 1) wäre aber kaum Kupfer. Biegt sich der Core dann nicht etwas? Ich nehme an, einen ganz anderen Aufbau mit Lowspeed außen und Highspeed innen, macht keinen großen Sinn!? Also z.B.: 1. Low Speed Signal - dicker Core 2. Highspeed Signal - Prepreg 3. Power Plane - dünner Core 4. GND Plane - Prepreg 5. Highspeed Signal - dicker Core 6. Low Speed Signal So hätte man einen schönen Kondensator durch die beiden aneinanderliegenden Cores, aber nichts zwischen High- und Low-Speed Signalen. Außerdem hätte ich mit THT Vias kleine Stichleitungen bei den High-Speed Signalen. Vielen Dank schonmal für jegliche Bemühungen *1: https://docs.toradex.com/102492-layout-design-guide.pdf
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Welcher Aufbau für Dein Design am sinnvollsten ist, kann ich natürlich nicht sagen aber Symmetrie der Kupferverteilung ist für den Lötprozeß durchaus gewünscht (wegen Durchbiegung). Zu Machbarkeits und Preisfragen solltest Du Dich einfach an Deinen Leiterplattenhersteller wenden.
Schau mal hier: https://docs.toradex.com/102492-layout-design-guide.pdf Da sind zahlreiche Anregungen drin. Ich empfehle aber, 2 und 5 als GND-Layer zu machen, wenn Du 1 und 6 für High-Speed-Signale brauchst. Power geht dann mit in 3 oder 4 mit rein. fchk
Michael S. schrieb: > Gibt es da Preislich einen (generellen) Unterschied zu dem selben > Aufbau, nur das Prepreg und Core getauscht sind? Sollte es: im ersten Fall legt man aussen Prepregs auf und darauf eine nackte Cu-Folie. Andersrum ist etwas aufwendiger, da man für die äusseren beiden lagen einen einseitig geätzten Core braucht. Der Vorteil ist allerdings, dass die Impedanzen der Hispeed-Leitungen besser definiert sind, weil die Dicke des Cores konstant und ziemlich genau ist. Aber was den Preis angeht: Hersteller fragen, auch ob er das überhaupt macht, niemand ändert gerne seine Standardverfahren. Michael S. schrieb: > Biegt sich der Core dann nicht > etwas? Es geht um die Symmetrie um die Mitte - wenn 2 und 5 Flächen sind ist das ok. Michael S. schrieb: > 1. Highspeed Signal > - Prepreg > 2. Power Plane > - Core Dass eine Powerplane als Bezug für Signale definierter Impedanz funktioniert wie gewünscht setzt voraus, dass die Powerplane HF-mässig mit GND gleichzusetzen ist, z.B. dadurch dass VCC und GND überall durch Stützkondensatoren wechselstrommässig kurzgeschlossen sind. Das gilt ganz besonders an Stellen, wo HiSpeed-Signale von 1 auf 6 wechseln. Georg
Man kann auch die Signal-Layer mit Versorgung oder Ground auffüllen, also zum Beispiel so: 1 - Signal (mit PWR aufgefüllt) 2 - GND 3 - Signal (mit PWR aufgefüllt) 4 - Signal (mit GND aufgefüllt) 5 - PWR 6 - Signal (mit GND aufgefüllt) Man muss halt darauf achten keine floatenden Kupferinseln zu produzieren. So hat trotzdem jede Signal-Lage ihre Referenz-Plane, aber man gewinnt etwas von der Kapazität, die man verliert wenn GND und PWR nicht benachbart sind, zurück.
Peter S. schrieb: > Man kann auch die Signal-Layer mit Versorgung oder Ground auffüllen Die sind dann aber als Referenz völlig ungeeignet, denn dafür darf die Referenzfläche keine Unterbrechungen unter der Signalleitung enthalten - bei aufgefüllten Signallagen unmöglich, daher kann man daher so keine Leitungen konstanter Impedanz verlegen. Peter S. schrieb: > So hat trotzdem jede Signal-Lage ihre Referenz-Plane Das ist ein grundsätzliches Missverständnis der Hispeed-Technologie, was Referenz ist bestimmt die Physik und nicht die frommen Wünsche des Layouters - bei diesem Aufbau sind die Referenzflächen z.B. für Layer 3 die Flächen auf 2 und 5 (asymmetrische Striplines), und das sind ja keine durchgehenden Flächen. Man kann also auf 3 und 4 keine Hispeed-Signale routen, und das Auffüllen dieser Layer ist völlig sinnlos, es sieht ja nicht mal geil aus, weil man es halt nicht sieht. Zudem dürfen Signale auf 3 und 4 nicht parallel verlaufen. Nur auf den Aussenlagen sind definierte Impedanzen möglich. Georg
fchk schrieb: > Schau mal hier: > https://docs.toradex.com/102492-layout-design-guide.pdf > Da sind zahlreiche Anregungen drin. > > Ich empfehle aber, 2 und 5 als GND-Layer zu machen, wenn Du 1 und 6 für > High-Speed-Signale brauchst. Power geht dann mit in 3 oder 4 mit rein. > > fchk Dankeschön. Sehr gutes PDF.
M.A. S. schrieb: > Welcher Aufbau für Dein Design am sinnvollsten ist, kann ich natürlich > nicht sagen Sooo kritisch ist er denke ich auch nicht. Wie gesagt, bis auf 3x Gigabit Ethernet ist da nichts, was groß Anspruch an den Lagenaufbau hat. M.A. S. schrieb: > Zu Machbarkeits und Preisfragen solltest Du Dich einfach an Deinen > Leiterplattenhersteller wenden. Das werde ich bald mal machen. fchk schrieb: > Schau mal hier: > https://docs.toradex.com/102492-layout-design-guide.pdf > Da sind zahlreiche Anregungen drin. genau die PDF die ich oben verlinkt habe ;) fchk schrieb: > Ich empfehle aber, 2 und 5 als GND-Layer zu machen, wenn Du 1 und 6 für > High-Speed-Signale brauchst. Power geht dann mit in 3 oder 4 mit rein. Genau. Das war meine (vmtl nicht klar ausgedrückte) Frage: Michael S. schrieb: > Ich habe auch überlegt, Layer 2 und 5 als GND-Plane zu nehmen und in > Layer 3 (oder 4) eine Powerplane. Das kostet mich zwar eine Low Speed > Signal Lage, aber da der Highspeed Bereich relativ klein ist, könnte ich > auf dem Rest der PCB auch auf Lage 1 und 6 mit den Low-Speed Signalen > umher. Der Vorteil wäre, bei Vias von Lage 1 zu 6 bräuchte ich nur ein > zusätzliches THT-Via für GND setzen und spare mir den Kondensator. Ist > das zu übertrieben oder gar Schwachsinn? georg schrieb: > Sollte es: im ersten Fall legt man aussen Prepregs auf und darauf eine > nackte Cu-Folie. Andersrum ist etwas aufwendiger, da man für die > äusseren beiden lagen einen einseitig geätzten Core braucht. Ich hätte gedacht, man kann quasi 3 dünne "Double-Layer" erstellen und dann mit 2 Prepregs "aneinander kleben". Im anderen Fall hat man 2 dünne "Double Layer" PCBs, klebt die mit dem mittleren Prepreg zusammen und presst dann nochmal 2 einzelne Kupferfolien mit Prepregs außen dran. Klingt für mich erstmal aufwendiger.. georg schrieb: > Michael S. schrieb: >> Biegt sich der Core dann nicht >> etwas? > > Es geht um die Symmetrie um die Mitte - wenn 2 und 5 Flächen sind ist > das ok. Ich dachte, das ist vorher schon relevant. Wenn man nun den Core zwischen Layer 2 (Plane) und 3 (Signal) sieht, ist auf der einen Seite ja mehr Kupfer als auf der anderen. Oder wird alles in einem gepresst? Ich dachte, dass wird so Core für Core gemacht, die mit Prepregs zusammen gekleistert werden!? georg schrieb: > Dass eine Powerplane als Bezug für Signale definierter Impedanz > funktioniert wie gewünscht setzt voraus, dass die Powerplane HF-mässig > mit GND gleichzusetzen ist, z.B. dadurch dass VCC und GND überall durch > Stützkondensatoren wechselstrommässig kurzgeschlossen sind. Das gilt > ganz besonders an Stellen, wo HiSpeed-Signale von 1 auf 6 wechseln. Genau. Das wollte ich eliminieren, in dem ich Layer 2 und 5 als GND-Plane mache und Layer 3 oder 4 als Power Plane (wirkt mit der GND-Plane als Kondensator und zur Bauteilversorgung). So bräuchte ich dann neben dem THT-Via für das HF-Signal nur ein weiteres GND-Via, um an der Stelle den GND-Bezug zwischen Layer 2 und 5 herzustellen. Oder? georg schrieb: > Die sind dann aber als Referenz völlig ungeeignet Das war auch mein Stand. Daher würde ich bei den Signalleitungen keine Flächen erstellen (höchstens mal eine kleine für eine weitere Versorungsspannung).
Michael S. schrieb: > So bräuchte ich > dann neben dem THT-Via für das HF-Signal nur ein weiteres GND-Via Je nach Frequenz ist die Empfehlung, um das Signal-Via herum 4 bis 6 GND-Vias zu setzen. Irgendwo findet man das auch schriftlich und mit Abbildungen, aber das habe ich mir nicht aufgehoben, das weiss man halt. Die beste Idee ist in jedem Fall, Lagenwechsel, die zu einem Wechsel der Referenz führen (sollten/müssten) garnicht erst einzubauen. Georg
georg schrieb: > Die beste Idee ist in jedem Fall, Lagenwechsel, die zu einem Wechsel der > Referenz führen (sollten/müssten) garnicht erst einzubauen. Zweifellos. Nur wenn man nur 2 "HF-Lagen" hat, die zwei verschiedene Planes (V+ und GND) als Referenz haben, dürfte man keine Lagenwechsel einbauen um sowas zu vermeiden. Da ich aber nur 2 habe, würde ich die Referenz gleich halten.
Michael S. schrieb: > 1. Highspeed Signal > - Prepreg > 2. Power Plane > - Core > 3. Low Speed Signal > - Prepreg > 4. Low Speed Signal > - Core > 5. GND Plane > - Prepreg > 6. Highspeed Signal > > Gibt es da Preislich einen (generellen) Unterschied zu dem selben > Aufbau, nur das Prepreg und Core getauscht sind? Also nach Absprache mit dem Hersteller ist es tatsächlich egal (aus Kostensicht), ob nun 3 Cores und 2 Prepregs oder 2 Cores und 3 Prepregs, da nur einmal gepresst werden muss. Prepreg außen ist dann gut, wenn man mit gelaserten Micro(blind)vias auf die Plane kontaktieren will. Core außen (und somit auch in der Mitte) macht Sinn, wenn man Burried Vias zwischen den beiden NF-Signallagen haben will (kostet hier z.B. 55€ mehr bei 2 Stück).
Michael S. schrieb: > Nur wenn man nur 2 "HF-Lagen" hat, die zwei verschiedene > Planes (V+ und GND) als Referenz haben, dürfte man keine Lagenwechsel > einbauen um sowas zu vermeiden Da man für den Rückstrom keine Vias platzieren kann, müsste man stattdessen Stützkondensatoren um das Signalvia setzen. Ein gute Lösung ist das aber nicht, nur für äusserste Notfälle. Georg
Hallo nochmal. Ich habe nochmal eine Frage zur Impedanz von Ethernet: Auf Seite 13 der verlinkten PDF (*1) stehen verschiedene Signal-Typen mit den dazugehörigen Impedanzen. Würdet ihr sagen, dass die so stimmen? Bei Ethernet steht, Z0 ist 55 Ohm und Zdif ist 95 Ohm. An einer anderen Stelle (in einer PDF von TI *2) steht aber, dass das 50 Ohm und 100 Ohm sein müssen. Dann wiederum frage ich mich: Ist das nur zwischen Phy und Trafo gemeint oder auch auf dem Kabel (da lese ich in der PDF von TI was von 75 Ohm Abschluss)? Allerdings in einem Datenblatt von einem CAT6 Ethernetkabel steht auch 100 Ohm (*3). Ich blicke nicht mehr so richtig durch und war eigentlich froh mit dem Design Guide von Toradex (*1) eine schön übersichtliche PDF gefunden zu haben. Bringt natürlich nichts, wenn die Daten falsch sind. *1: https://docs.toradex.com/102492-layout-design-guide.pdf *2: http://www.ti.com/lit/an/snla079d/snla079d.pdf *3: https://www.lappkabel.de/produkte/online-kataloge-shop/datenuebertragungssyssteme-fuer-ethernet-technologie/leitungen-fuer-strukturierte-gebaeudeverkabelung/leitungen-fuer-feste-verlegung/unitronic-lan-500-cat6a.html?format=pdf
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Michael S. schrieb: > Z0 ist 55 Ohm und Zdif ist 95 Ohm. An einer anderen > Stelle (in einer PDF von TI *2) steht aber, dass das 50 Ohm und 100 Ohm > sein müssen 1. So genau kriegst du das sowieso nicht hin, dass der Unterschied zwischen 95 oder 100 Ohm relevant wäre. Jedenfalls nicht zu vertretbaren Kosten. +-10% setzt schon Fertigung mit "kontrollierter Impedanz" voraus, ohne das gibt es eh keine Garantie auf bestimmte Werte. 2. Ein Kabel ist keine Leiterplatte, da nämlich das verdrillte Paar keinen GND-Bezug hat (Trafo), wird konsequenterweise auch nur die differentielle Impedanz angegeben (100 Ohm). Gegenüber der virtuellen Masse zwischen den Leitungen ist die Impedanz Z0 also theoretisch 50 Ohm. 3. Von HF-Spezialisten wird empfohlen, die Routen auf einer Leiterplatte nach Zsingle auszulegen, nicht nach Zdiff - beides geht nämlich nicht, weil das Verhältnis umso weiter vom Wert 2 abweicht, je näher die beiden Leitungen verlegt sind. Bei Ethernet wähle ich daher die Parameter so, dass Zdiff = 100 Ohm und Zsingle = 50 Ohm so gut wie möglich gleichzeitig erfüllt sind, m.a.W. das Verhältnis nicht allzuweit von 2 abweicht (siehe auch Punkt 1). Das bedingt einen entsprechenden Mindestabstand. Die oft empfohlene Auslegung mit dem technologisch geringstmöglichen Abstand ist daher i.A. unsinnig. Layout ist eben immer ein Kompromiss, in diesem Fall zwischen kleinsten Abmessungen und korrekten Impedanzwerten. Beispiel: bei 6 mil Abstand ergibt die Berechnung Zsingle = 51,6 und Zdiff = 85,1 Ohm, also ein Verhältnis von 1,65 statt 2. Da muss man schon prüfen ob das noch akzeptabel ist. Georg
georg schrieb: > 1. So genau kriegst du das sowieso nicht hin, dass der Unterschied > zwischen 95 oder 100 Ohm relevant wäre. Jedenfalls nicht zu vertretbaren > Kosten. +-10% setzt schon Fertigung mit "kontrollierter Impedanz" > voraus, ohne das gibt es eh keine Garantie auf bestimmte Werte. Das stimmt. Aber +-10% von 100 ist was anderes als von 95. Zudem kommt es ja auch auf das Epsilon an, die Dicke vom z.B. FR4 und vom Ätzen vom Kupfer. Da würde ich Design-Technisch die Toleranz soweit es geht rausnehmen wollen. georg schrieb: > 2. Ein Kabel ist keine Leiterplatte, da nämlich das verdrillte Paar > keinen GND-Bezug hat (Trafo), wird konsequenterweise auch nur die > differentielle Impedanz angegeben (100 Ohm). Gegenüber der virtuellen > Masse zwischen den Leitungen ist die Impedanz Z0 also theoretisch 50 > Ohm. Ergibt Sinn. Doch wo kommen dann die 55Ohm Z0 und 95Ohm Zdif aus der PDF her? Das hat sich doch niemand einfach so ausgedacht!? georg schrieb: > 3. Von HF-Spezialisten wird empfohlen, die Routen auf einer Leiterplatte > nach Zsingle auszulegen, nicht nach Zdiff - beides geht nämlich nicht, Ich dachte schon. Ich habe mir berechnet, dass bei 55 Ohm Z0, 95 Ohm Zdif, 150µm Abstand von Außenlage zur Plane, FR4 und 35µm Kupferdicke -> Leiterbahnbreite soll 194µm und Abstand zwischen den Leitungen soll 197µm sein. Das wäre ja ohne weiteres Umsetzbar, oder? Abstand zwischen den Paaren soll laut der PDF min. 450µm sein. Ist das falsch? georg schrieb: > Bei Ethernet wähle ich daher die Parameter so, > dass Zdiff = 100 Ohm und Zsingle = 50 Ohm so gut wie möglich > gleichzeitig erfüllt sind, m.a.W. das Verhältnis nicht allzuweit von 2 > abweicht (siehe auch Punkt 1). Scheint ja bisher immer geklappt zu haben. Was hältst du denn von den Tabellen in der PDF (Also S. 13 und S. 34). Gerade auf S. 34, das sieht so nach einem Auszug aus einer Norm aus.
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Michael S. schrieb: > Ergibt Sinn. Doch wo kommen dann die 55Ohm Z0 und 95Ohm Zdif aus der PDF > her? Das hat sich doch niemand einfach so ausgedacht!? Das ist eben das, was ich als Kompromiss bezeichne, siehe Bild, weil eben 50 und 100 Ohm praktisch nicht realisierbar sind. Würde ich auch so machen. Georg Michael S. schrieb: > Gerade auf S. 34, das sieht > so nach einem Auszug aus einer Norm aus. Eine Norm für Ethernet auf Leiterplatten gibt es meines Wissens nicht (kann es meiner Meinung nach auch nicht geben, es sind ja unzählige verschiedene Ausführungen möglich). Genormt ist nur die Seite mit dem Kabel. Die Angaben sind so ungefähr der beste Kompromiss für übliche Leiterplatten. Es geht auch besser, siehe Bild2, aber das braucht halt mehr Platz. Georg
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