Hallo,
ich versuche eine Leiterbahn in LTspice zu simulieren. Die Frage ist,
genügt es mit der Transmissionline zu simulieren oder muß doch noch die
Leitungskapazität und die Leitungsinduktivität zusätzlich mit in die
Simulation. Diese beiden Parameter sind ja eigentlich schon in der
Impedanz enthalten.
Konkret. Die Impedanz habe ich mit dem Tool von Leiton berechnet.
https://www.leiton.de/leiton-tools-impedanz-kapazitaets-kalkulator.html
Es ist ein Microstrip.
1
Breite = 0,245 mm
2
Höhe (h) = 0,36 mm
3
Dicke (t) = 18 µm
4
εr = 3,8
Die Länge beträgt 200 mm.
Die Frequenz beträgt 10 MHz. Bei Lambda = 200.000 km/s und 10 MHz haben
wir eine Wellenlänge von 20 m. Lambda/4 beträgt dann 5 m. Damit treten
bei der Grundfrequenz Wellenphänomene noch nicht richtig auf. Aber bei
Oberwellen mit >= 250 MHz haben wir schon Lambda/4 erreicht.
Ich tendiere deshalb zur zweiten, unteren Lösung der Simulation. Ist das
korrekt oder nur praktikabel?
mfg Klaus
Hallo Klaus,
ich habe dir mal dein Beispiel korrigiert. Dabei habe ich eine
Ausbreitungsgeschwindigkeit von 0,2m/ns angenommen. Mit Luft als
Dielektrikum wären es 0,3m/ns. Schneller geht es nicht. Meinen
Schätzwert kannst du ja noch anpassen, aber weit daneben kann ich da
nicht liegen.
Mit C2=30p sieht das besser aus.
Gruß
Helmut
Vielen Dank Helmut,
die Laufzeitverzögerung habe ich vom Tool der Firma Leiton erhalten und
εr vom Leiterplattenhersteller. Das sind natürlich auch nur Richtwerte.
Beide Quellen weisen auch darauf hin.
Demnach bist Du der Meinung das die Transmissionline allein schon zur
Simulation der Leitung genügt. Zusätzlich noch die Belänge der Kapazität
und Induktivität in Summe mit anzuhängen wäre dann nicht korrekt?
mfg Klaus
> Zusätzlich noch die Belänge der Kapazität und Induktivität in Summe mit
anzuhängen wäre dann nicht korrekt?
So ist es. Die TLine enthält bereits L' und C'. Außerdem stimmt meine
Tpd=1ns vermutlich recht genau für die 200mm.
v = (0,3m/s)/sqrt(er_eff)
er_eff ist vielleicht 2,5 bis 3 falls das eine Microstrip-Leitung ist.
Die Zahl bekommt man aus dem Programm mit dem die Impedanz berechnet
wurde.
Helmut S. schrieb:> Außerdem stimmt meine> Tpd=1ns vermutlich recht genau für die 200mm.
Tpd = 0,2 m x 5,25 ns/m = 1,05 ns
Es ist nur ein anderer Rechenweg.
Helmut S. schrieb:> Die TLine enthält bereits L' und C'
Da war ich mir eben nicht sicher ob das auch für kurze Leitungen schon
gilt.
Prima!
mfg Klaus
Z^2 = L'/C' (1)
v^2 = 1/(L'*C') (2)
Aus 1:
L' = C'*Z^2
In 2 einsetzen
v^2 = 1/(Z^2*C'^2)
C' = 1/(v*Z)
-----------
L' = Z/v
--------
C' = (5,25ns/m)/(93V/A)
C' = 56,45pF/m
--------------
L' = 93V/A*(5,25ns/m)
L' = 488,25nH/m
---------------
Was einen noch näher an die Realität bringt, wäre die Berücksichtigung
einer verlustbehafteten Leitung.
Die von euch verwendete Leitung ist eine verlustfreie Leitung. Es gibt
in LTSpice auch die andere Variante, allerding muss man da ein Modell
angeben; ich hab es selber nie versucht ...
Dort fließt der ohmsche Leiterwiderstand sowie der Isolationswiderstand
mit ein.
Einen relevanten Einfluss wird man aber eher in der Nähe von 1GHz und
darüber bei längeren Leitungen feststellen.
Hier noch ein Vergleich mit 10L und 11C als Ersatz für die T-Line.
Am Anfang und am Ende ist nur ein halb so großer C.
Man sieht fast keinen Unterschied bei 1,5ns Anstiegsszeit.
Bei 100ps Anstiegszeit sieht das dann bestimmt anders aus. Da müsste man
dann mehr LC-Stücke nehmen.
Hallo Helmut,
noch eine Frage zu den 30 pF der Terminierung. Ist der Wert berechnet
oder hast Du probiert bis der Rechteck gut aussah?
Den Widerstand sollte man sicher in der Größenordnung der
Leitungsimpedanz wählen. Mit dem zusätzlichen Kondensator in Reihe
reduziert man die Verlustleistungen. Er hat eigentlich für die
Terminierung selber keine Bedeutung.
mfg Klaus
> noch eine Frage zu den 30 pF der Terminierung.
Den habe ich einfach probiert. Die Simulation dauert ja nur ganz kurz.
Da ist man schnell am Ziel.
> Dre Kondnesator hat eigentlich für die Terminierung selber keine Bedeutung.
So sollte man das nicht sagen. Die Größe hat schon eine Auswirkung auf
die Pulsform. Man möchte da nicht 100nF reinmachen um wirklich mit
100Ohm abzuschließen, weil dann die Amplitude kleiner würde.
Helmut S. schrieb:> Hier noch ein Vergleich mit 10L und 11C als Ersatz für die T-Line.> Am Anfang und am Ende ist nur ein halb so großer C.> Man sieht fast keinen Unterschied bei 1,5ns Anstiegsszeit.> Bei 100ps Anstiegszeit sieht das dann bestimmt anders aus. Da müsste man> dann mehr LC-Stücke nehmen.
Hallo,
bloß eine kurze Frage, macht vermutlich keinen großen Unterschied in der
Simulation , aber sollte in der Netzliste in der letzten Zeile nicht
stehen: C20 20 0 {C/20}. Die Kapazität soll ja vom Knoten 20 nach Masse
gehen oder?
Gruß DC/DC
Helmut S. schrieb:>> Dre Kondnesator hat eigentlich für die Terminierung selber keine Bedeutung.>> So sollte man das nicht sagen. Die Größe hat schon eine Auswirkung auf> die Pulsform. Man möchte da nicht 100nF reinmachen um wirklich mit> 100Ohm abzuschließen, weil dann die Amplitude kleiner würde.
In so einem Applikationsleitfaden sprach man von 60 pF bis 240 pF als
gängige Werte. In der Tat sind die Flanken wichtig. Und wenn 30 pF einen
sauberen Rechteck bewirken, dann ist das eben OK.
mfg Klaus
@DCDC
> Die Kapazität soll ja vom Knoten 20 nach Masse gehen oder?
Danke für den Hinweis. Das war ein Tippfehler.
Die korrigierte Version ist im Anhang. Jetzt sind die Ausgangsspannungen
der Schaltungen praktisch deckungsgleich.
Gruß
Helmut
Klaus R. schrieb:> Helmut S. schrieb:>>> Dre Kondnesator hat eigentlich für die Terminierung selber keine Bedeutung.>>>> So sollte man das nicht sagen. Die Größe hat schon eine Auswirkung auf>> die Pulsform. Man möchte da nicht 100nF reinmachen um wirklich mit>> 100Ohm abzuschließen, weil dann die Amplitude kleiner würde.>> In so einem Applikationsleitfaden sprach man von 60 pF bis 240 pF als> gängige Werte. In der Tat sind die Flanken wichtig. Und wenn 30 pF einen> sauberen Rechteck bewirken, dann ist das eben OK.> mfg Klaus
Wenn die Leitung doppelt so lang wäre oder nur dei halbe Impedanz hätte,
dann benötigt man vermutlich die doppelte Kapazität.
Hallo,
> Die von euch verwendete Leitung ist eine verlustfreie Leitung. Es gibt
in LTSpice auch die andere Variante, allerding muss man da ein Modell
angeben; ich hab es selber nie versucht ...
Habe mal das Modell (lossy transmission line LTRA) von (LT)SPICE gegen
TLINE und LC antreten lassen. Zumindest in diser Anwendung sind die
Ergebnisse praktisch gleich. Übrigens kann LTRA unter Umständen nicht
kausale Ergebnisse liefern. Ich benutze eigentlich nie LTRA, weil die
Simulation mit LTRA unter Umständen mehrere Dekaden länger dauern kann.
Helmut
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