Hi, ich habe hier ein Layout, bei dem ich überwiegend mit Leiterbahnbreiten von 0,4 mm arbeite. Allerdings geht sich das platzmäßig nicht immer aus, d.h. es kann schon passieren, dass es nach einem Via auf der anderen Leiterplattenseite mit 0,25 mm weitergeht und nach dem nächsten Via wieder zurück auf 0,4 mm wechselt. Von den Strömen her ist das kein Problem, hier sind 0,25 mm absolut ausreichend. Aber kann ich mir damit irgend welche anderen Probleme einhandeln? Die höchste übertragene Frequenz liegt bei 200 kHz. Danke!
Hallo, wenn 0,25 mm absolut ausreichend sind, dann frage ich mich, warum du überhaupt 0,4 mm verwendest. Willst du die Platine selber ätzen oder wie soll die Platine produziert werden? Die Breite der Leiterbahnen ist vor allem ein Thema bei der Herstellung. Ansonsten gibt es in der Regel kein Problem, die Leiterbreite zu ändern. Die maximale Frequenz von 200 kHz hört sich auch relativ harmlos an, allerdings ist nicht die Frequenz alleine das entscheidende Kriterium, sondern vor allem die Anstiegszeiten der Signale. Auch ein Signal mit einer niedrigen Frequenz kann sehr steile Flanken haben, was bei einer gewisssen Leistungslänge und ungeschickter bzw. fehlender Terminierung zu Reflexionen über Überschwingen führen kann, was dann die Funktion schon stören kann.
Zaphod schrieb: > Von den Strömen her ist das kein Problem, hier sind 0,25 mm absolut > ausreichend. Aber kann ich mir damit irgend welche anderen Probleme > einhandeln? Die höchste übertragene Frequenz liegt bei 200 kHz. Was spricht dann gegen eine durchgehende Verwendung von 0,25? Tracknecking ist aber bei diesen Frequenzen und Strombelastungen kein Problem es sei denn der Leiterzug ware unterdimensioniert. rgds
6a66 schrieb: > Was spricht dann gegen eine durchgehende Verwendung von 0,25? Dagegen spricht die Regel, Leiterbahnbreiten immer so breit wie möglich zu machen...diese Regel stellt zumindest das Forum von mikrocontroller.net auf ;-)
Zaphod schrieb: > 6a66 schrieb: >> Was spricht dann gegen eine durchgehende Verwendung von 0,25? > > Dagegen spricht die Regel, Leiterbahnbreiten immer so breit wie möglich > zu machen...diese Regel stellt zumindest das Forum von > mikrocontroller.net auf ;-) Das es in einem der Threads steht, halte ich für möglich. Aber wo steht es denn? Vielleicht ist dem nur einfach nicht widersprochen worden.
Zaphod schrieb: > Von den Strömen her ist das kein Problem, hier sind 0,25 mm absolut > ausreichend. statischer Strom oder dynamischer Strom?
Theor schrieb: > Das es in einem der Threads steht, halte ich für möglich. Aber wo steht > es denn? Vielleicht ist dem nur einfach nicht widersprochen worden. Prinzipiell spricht nichts gegen breitere Leiterbahnen. Der Erwärmung ist es föderlich, wenn die Leiterbahnen breiter sind, da ist sie nicht so hoch. Bei den Frequenzen spielt auch eine Impedanzkontrollierte Leitung keine Rolle, sodaß der Breitenwechsel hier auch egal ist. (andernfalls würde sich, symmetrischer Lagenaufbau vorausgesetzt, die Impedanz ändern, was man keinesfalls möchte) Prinzipiell ist es nicht unbedingt die beste Idee, die Leiterbahnbreiten darauf auszulegen, was der Fertiger gerade noch kann, denn das bedeutet, daß er schon mehr Ausschuss hat als wenn die Leiterzüge deutlich breiter sind. bei 0,25mm spielt das aber auch keine Rolle, da selbst Wald und Wiesen fertiger keine Probleme mit 150µm Breite haben.
Christian B. schrieb: > Theor schrieb: >> Das es in einem der Threads steht, halte ich für möglich. Aber wo steht >> es denn? Vielleicht ist dem nur einfach nicht widersprochen worden. > > Prinzipiell [...] Es ging um die Aussage: "... Leiterbahnbreiten immer so breit wie möglich > zu machen ..." und die Frage, wo das steht.
Christian B. schrieb: > Bei den Frequenzen ist halt der Gesamt R der Leiterbahn vielleicht wichtig um mit der Umladung der Eingangskapazitäten die Signale nicht zu sehr zu verschleifen. Ich bin ja für möglichst niederohmig also so breit wie nötig über die ganze Länge, wenn von 10cm Leiterbahn 3mm Strecke dünner werden ist es weniger schlimm als wenn die 10cm Leiterbahnlänge komplett dünner ist.
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> Aber kann ich mir damit irgend welche anderen Probleme > einhandeln? Die höchste übertragene Frequenz liegt bei 200 kHz. Bei 200khz nicht, bei 2Ghz schon. Olaf
Olaf schrieb: >> Aber kann ich mir damit irgend welche anderen Probleme >> einhandeln? Die höchste übertragene Frequenz liegt bei 200 kHz. > > Bei 200khz nicht, bei 2Ghz schon. Wobei das aber nicht unmittelbar mit der Frequenz sondern primär mit den Flankensteilheiten zu tun hat. Viele Signalleitungen mit 'nur' 200khz aber mit Flankensteilheiten die bei 2Ghz nötig sind, machen auch viel Mist...
Andi schrieb: > Viele Signalleitungen mit 'nur' 200khz aber mit Flankensteilheiten die > bei 2Ghz nötig sind, machen auch viel Mist... ...die man dann aber locker mit Serienwiderständen bändigen kann, was bei 2GHz Signalen nicht so leicht möglich ist, will man noch nennenswerte Daten übertragen bekommen.
Christian B. schrieb: > ...die man dann aber locker mit Serienwiderständen bändigen kann, was > bei 2GHz Signalen nicht so leicht möglich ist, will man noch > nennenswerte Daten übertragen bekommen. Klar kann man. Aber warum an den Symptomen herumdoktern wenn man u.U die Ursache einfach vermeiden kann (unnötige Flankensteilheit reduzieren)? Ich wollte aber eigentlich nur klarstellen dass die Quellen von Störungen nicht bei einer 'Frequenz' sondern in den Flankensteilheiten liegen.
Andi schrieb: > Aber warum an den Symptomen herumdoktern wenn man u.U die Ursache > einfach vermeiden kann (unnötige Flankensteilheit reduzieren)? Nö, das geht in meinem Fall nicht - es handelt sich um Rechtecksignale und die müssen auch Rechtecksignale bleiben (z.B. PWM).
Andi schrieb: > Ich wollte aber eigentlich nur klarstellen dass die Quellen von > Störungen nicht bei einer 'Frequenz' sondern in den Flankensteilheiten > liegen. was sind denn "Flankensteilheiten" technisch? -> Frequenz! Ein Rechteck ist eine Grundschwingung und Oberwellen, je steiler die Flanke umso Oberwellen! https://de.wikipedia.org/wiki/Rechteckschwingung (Fouriersynthese)
Elektrisch dürfte die Leiterbahnbreite unkritisch sein, sofern man Betriebsstrom und max. Kurzschlussstrom berücksichtigt. Es gibt genug Designer, die das nicht beachten und sich wundern, wenn dann mal ein komplette Leiterbahn abhanden kommt. Kritische Signale können höhere Ansprüche an die Leiterbahnführung stellen, aber auf die Breite hat das höchstens Einfluss wenn Leitungskapazität und Impedanz relevant werden. Mechanisch ist eine breite Leiterbahn stets langlebiger als eine schmale. Kritisch sind dabei Pads und Vias, die ja für gewöhnlich gelötet werden. Schon da gewesen, dass kleine Pads/Vias sich abgelöst haben und gleich die Leiterbahn mit. Man sollte die Anzahl der Leiterbahnbreiten auf einem Board so gering wie möglich halten, weil das ganze dann sonst zu unordentlich aussieht, finde ich.
Hallo Christian und Theor. . Christian B. schrieb: Theor schrieb: > Das es in einem der Threads steht, halte ich für möglich. Aber wo steht > es denn? Vielleicht ist dem nur einfach nicht widersprochen worden. Ich behaupte aber mal das gleiche. Man mache die Strukturen einer Platine so grob wie möglich und so fein wie nötig Das minimiert Fehlermöglichkeiten im Fertigungsprozess. Und es ist natürlich sinnvoll, das nicht nur auf Leiterbahnbreiten , sondern auch Isolationsabstände zu beziehen - was aber natürlich gegenläufig ist, wenn der Platz begrenzt ist. Christian B. schrieb: > Prinzipiell spricht nichts gegen breitere Leiterbahnen. Der Erwärmung > ist es föderlich, wenn die Leiterbahnen breiter sind, da ist sie nicht > so hoch. Bei den Frequenzen spielt auch eine Impedanzkontrollierte > Leitung keine Rolle, sodaß der Breitenwechsel hier auch egal ist. Bei 200kHz Rechteck müsste man für einigermassen scharfe Kanten schon das Oberwellenspektrum bis zum 10-20 fachen berücksichtigen, also bis 2 - 4 Mhz. In den Abmessungen einer Eurokarte ist das aber auch noch unkritisch. > (andernfalls würde sich, symmetrischer Lagenaufbau vorausgesetzt, die > Impedanz ändern, was man keinesfalls möchte) Prinzipiell ist es nicht > unbedingt die beste Idee, die Leiterbahnbreiten darauf auszulegen, was > der Fertiger gerade noch kann, denn das bedeutet, daß er schon mehr > Ausschuss hat als wenn die Leiterzüge deutlich breiter sind. Richtig. > bei 0,25mm > spielt das aber auch keine Rolle, da selbst Wald und Wiesen Fertiger > keine Probleme mit 150µm Breite haben. Also 2013 war das noch anders. Da habe ich selber bei einem Fertiger damit zu tun gehabt. ;O) Es wird halt aus Prestigegründen nur ungerne nach aussen kommuniziert. Letztlich erhöhen aber feine Strukturen doch den Ausschuss, auch wenn man das in einer Mischkalkulation versteckt. Als Batler/Prototypenfertiger mit Handlötung sollte man auch auf gröbere Strukturen achten. Macht das Handling einfacher und reduziert die Gefahr von Beschädigungen. Übrigens wird auch umgekehrt ein Schuh daraus: Wenn ich auf Versorgungsleitungen ständig mit der Leiterbahnbreite hin und her springe, werden dort die Oberwellen aus meinen Flanken hin und her reflektiert und jedesmal bedämpft. Das kann, geschickt ausgenutzt, Störungen reduzieren. Ich sollte aber dann darauf achten, keine allzuregelmäßig sich wiederholende Strukturen, die in Resonanz kommen könnten, aufzubauen, und irgendwo ein Widerstand 50-100 Ohm (SMD) über das gleiche Potential bei verschiedenen Stellen kann auch Schwingungen reduzieren. Eigentlich baut man sowas besser mit Versorgungslagen statt mit Leitungen auf, aber manchmal geht das nicht oder wird zu aufwändig. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
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Andi schrieb: > Klar kann man. > Aber warum an den Symptomen herumdoktern wenn man u.U die Ursache > einfach vermeiden kann (unnötige Flankensteilheit reduzieren)? das wird meisst nicht gehen, da die Flankensteilheit eben leider der Fertigungstechnologie der ICs geschuldet ist. Immer kleinere Strukturen führen zu immer kleineren Bauteilen, was zu immer kleineren Kapazitäten in den Gates führt und sich schlussendlich in immer schnelleren Schaltvorgängen wiederfindet. So kommt es, daß ein 200kHz Signal das gleiche Oberwellenspektrum aufweisen kann, wie ein 1GHz Signal. Aber bei dem 200kHz Signal kann man locker mit einem 100Ohm Serienwiderstand arbeiten. klar, die Flanke wird dadurch runder (ist ja Sinn der Sache) aber der Puls ist dennoch so breit, daß das nicht auffällt. beim GHz Signal sieht das anders aus. Zaphod schrieb: > Nö, das geht in meinem Fall nicht - es handelt sich um Rechtecksignale > und die müssen auch Rechtecksignale bleiben (z.B. PWM). Das halte ich für ein Gerücht. Der PWM ist die Flankensteilheit (in den hier relevanten Grenzen) vollkommen schnurz. PWM ist ja im Prinzip Energieübertragung über die Fläche die der Potentialunterschied über die Zeit bringt. Die ist aber gleich, egal ob die Flanken 90° sind oder leicht Trapezförmig. Es muss nur auf beide Flanken gleichermassen wirken und gleicht sich schlussendlich aus.
Spätestens wenn man den ersten Prototypen debuggen muss freut man sich, wenn die Leiterbahnen so breit wie möglich sind oder man wenigstens Testpunkte vorgesehen hat.
Ich fasse mal zusammen: Unterschiedliche Leiterbahnbreiten, Vorteile: - Geringerer Leitungswiderstand wie bei durchgehend schmaler Breite - Dadurch bessere Flankensteilheit - Ebenso bessere Wärmeleitfähigkeit - Robuster ggü. Fertigungsfehlern (kritische Breite nur über kurze Distanz) - Robuster ggü. mechanischen Beschädigungen und beim Löten Nachteile: - Teilreflektionen an den Stellen der Querschnittsänderung - evtl. ungleichmäßige Wärmeableitung? Optisch kanns ein Vor- oder Nachteil sein.
Mach schrieb: > Unterschiedliche Leiterbahnbreiten, > Vorteile: > - Geringerer Leitungswiderstand wie bei durchgehend schmaler Breite Ja. Spielt laut Aussage des TO hier keine Rolle. > - Dadurch bessere Flankensteilheit Falsch. Die erreicht man mit eine gleichmäßigen Leiterbahnbreite (auch dünn!) besser, wenn man terminiert und Z-Leitungen verwendet. > - Ebenso bessere Wärmeleitfähigkeit Ja. Spielt aber in dem Fall des TO absolut keine Rolle. > - Robuster ggü. Fertigungsfehlern (kritische Breite nur über kurze > Distanz) Ja. Aber das greift erst unterhalb 0.15mm. > - Robuster ggü. mechanischen Beschädigungen und beim Löten Korrekt. > > Nachteile: > - Teilreflektionen an den Stellen der Querschnittsänderung Genau, und das widerspricht deiner obigen Aussage mit der besseren Flankensteilheit. > - evtl. ungleichmäßige Wärmeableitung? Wie gesagt, das spielt bei den Signalen des TO absolut keine Rolle. Bei Powerleitungen ev. schon, aber da wird ein Querschnittswechsel auch zu keinem Signalintegritätsproblem. @ Zaphod: Nimm für die Leitungen eine konstante Breite und wenn ein Teil dabei ist, das aus irgendwelchen Gründen nur 0.25mm breit ist, dann mach die ganze Leitung auf 0.25mm. Und mach dir trotzdem keine Sorgen, wenn mal für 2-3mm du davon abweichen musst. Christian B. schrieb: > Aber bei dem 200kHz Signal kann man locker mit einem 100Ohm > Serienwiderstand arbeiten. klar, die Flanke wird dadurch runder (ist ja > Sinn der Sache) Genau das ist nicht der Sinn der Sache. Man terminiert mit dem Wellenwiderstand der Leitung und dadurch werden keine Flanken runder! Ob bei 200kHz oder 200 MHz. Und, 100Ω sind dann zuviel.
Hallo HildeK. HildeK schrieb: >> Aber bei dem 200kHz Signal kann man locker mit einem 100Ohm >> Serienwiderstand arbeiten. klar, die Flanke wird dadurch runder (ist ja >> Sinn der Sache) > > Genau das ist nicht der Sinn der Sache. Man terminiert mit dem > Wellenwiderstand der Leitung und dadurch werden keine Flanken runder! Ob > bei 200kHz oder 200 MHz. Und, 100Ω sind dann zuviel. Doch, ist es. Man tauscht die leicht höheren Schaltverluste und das unscharfe Timing im Bereich der Verrundung gegenüber dem verminderten Störspektrum ein. Auch auf den meisten Datenleitungen ist es sinnvoll, die mögliche Flankensteilheit nicht bis zum geht nicht mehr auszuschöpfen. Hierbei geht es dann um Timing, weniger um Schaltverluste, aber auch beim Timing geht das, und man sollte es auch in angemessenem Ramen machen. Bei PWM ist es vom Timing her meistens unkritisch, hier sind eher die Schaltverluste von nachgeschalteten Leistungstransistoren das Limitierende. Das Terminieren beseitigt vor allem Reflexionen und dadurch hervorgerufene Signalverzerrungen. Das sollte man trozdem machen, aber es ist besser, auch noch zusätzlich die Flankensteilheit zu reduzieren. Je nach Schaltungsdetail kann ein Serienwiderstand beides gleichzeitig machen. Ob es nun 10, 50, 100 oder 1k sind, hängt an der konkreten Leitung bzw. den verwendeten Bauteilen. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Christian B. schrieb: > das wird meisst nicht gehen, da die Flankensteilheit eben leider der > Fertigungstechnologie der ICs geschuldet ist. Immer kleinere Strukturen > führen zu immer kleineren Bauteilen, was zu immer kleineren Kapazitäten > in den Gates führt und sich schlussendlich in immer schnelleren > Schaltvorgängen wiederfindet. Bin ganz deiner Meinung. Deswegen muss ich versuchen durch entsprechende Bauteilauswahl die Flankensteilheiten auf das nötige Minimum zu reduzieren. Und wenn mir das nicht gelingt muss ich schlicht und einfach ein Leiterplattendesign nach High-Speed Regeln bauen: Multilayer, GND-Planes für Rückströme, Impedanzdefiniert routen, Serienwiderstände, Abstände, Lagenwechsel meiden, ... Das Problem sieht man ja an vielen herumschwirrenden STM32 Layouts. Die Leute kommen aus der 8 und 16Bit Welt und glauben dass sie die Technik des einfachen 'Leitungen ziehen' genauso in der ARM-Welt anwenden können. Kann für den Hobbyisten gut gehen (die Chiphersteller leisten ja tatsächlich gute Arbeit) aber spätestens bei der EMV-Prüfung wirds Probleme geben. Und Arm in Arm mit den EMV-Problemen gehen natürlich auch funktionale Fehlfunktionen, die oft mühsam durch irgendwelche ominösen Softwaretricks 'behoben' werden...
Angehängte Dateien:
Bernd W. schrieb: > Das Terminieren beseitigt vor allem Reflexionen und dadurch > hervorgerufene Signalverzerrungen. Das sollte man trozdem machen, aber > es ist besser, auch noch zusätzlich die Flankensteilheit zu reduzieren. Ja, das ist richtig. Die Flankensteilheit reduziert man aber durch die Wahl der z.B. geeigneten Logikfamilie oder bei bestimmten ICs auch durch Einstellung der Treiberstufen - nicht aber durch Serienterminierung. Serienterminierung heißt Anpassung an die Leitung und eine (ideale) Leitung, angepasst betrieben, hat einen ebenen Frequenzgang. Als solche kann man zumindest kurze Leitungen weitgehend betrachten. Bei verlustbehafteten Leitungen ist natürlich ein Abfall bei höheren Frequenzen zu sehen, was auch eine Reduzierung der Flankensteilheit zur Folge hat. Bernd W. schrieb: > Je nach Schaltungsdetail kann ein Serienwiderstand beides gleichzeitig > machen. Ob es nun 10, 50, 100 oder 1k sind, hängt an der konkreten > Leitung bzw. den verwendeten Bauteilen. Es ist nicht beides gleichzeitig. Aber klar, wenn du 1k verwendest, dann hast du keine Chance mehr auf eine Serienterminierung. Dann wirkt das als TP und verschleift die Flanken. Und ja, es hängt ab von der Quelle und der Leitung, aber eine z.B. Microstrip wird schon seltsam in den Abmessungen, wenn du da 20R oder 100R Wellenwiderstand erreichen willst. Meist liegt man bei 40-60R. Deshalb wird man sinnvollerweise zusammen mit dem Innenwiderstand der Quelle einen passenden Serienwiderstand wählen (typ. um die 30R) und erhält so am Ende der Leitung ein (fast) perfektes Signal - wie die Quelle es hergibt. Kann man leicht mit Spice nachsimulieren. Ich habe dir mal für eine 50R Leitung mit ca. 50cm Länge zwei Bilder angehängt, einmal mit 50R und einmal mit 500R Quellwiderstand. Letzteres willst du nicht haben ...
HildeK schrieb: > aber eine z.B. > Microstrip wird schon seltsam in den Abmessungen, wenn du da 20R oder > 100R Wellenwiderstand erreichen willst. Naja, bei einer 2-lagigen Platine (1,6 mm) und dünnen Leitungen ist man ziemlich schnell bei mehr als 100 Ohm; da ist es eher schwierig, 50 Ohm zu erreichen...
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