Mikrostreifenleitung zu Koplanar

[Fabian Z. (fabi_z)]

Hallo alle zusammen,

ich bin über einen durchaus Interessantes Paper gestolpert.

http://www.jpier.org/PIER/pier113/07.10112908.pdf

In diesem Paper geht es darum, eine Modenkonversation von CPW zu 
Mikrostreifenleitung vorzunehmen.

Jedoch wird mir eine Sache nicht so ganz klar. Wie schafft es der Author 
auf die gegebenen Abstande s und w zu kommen. Das ist in diesem Paper 
nicht deutlich beschrieben.

Übersehe ich etwas?

Vielen Dank für eure Unterstützung.

Beste Grüße

[Volker M. (Gast)]

Ist dir die Dimensionierung von Coplanarleitungen soweit klar?

Da hast du einen Freiheitsgrad, weil du die Breite variieren kannst und 
dann den passenden Abstand zur seitlichen Masse berechnen kannst. Je 
breiter w, um so größer auch s. Wobei es bei diesen GCPW durch die 
untere Masse dann doch begrenzt ist, die ist quasi parallel zu den 
seitlichen Massen und dominiert bei großen Werten von s, dann wird die 
GCPW zur Microstripleitung wenn s gegen unendlich geht.

Viele Grüße
volker

[Tobias P. (hubertus)]

Ohne jetzt alle Gleichungen durchgeackert zu haben: man kann da auch 
einen exponentiellen Taper rein machen. D.h. die Breite der Leitung und 
den Abstand zur Massefläche jeweils mit Exponentialkurven realisieren.

Alernativ: wie Volker schon erwähnt hat, hat man beim CPW 2 
Freiheitsgrade. Man kann z.B. die Breite der Leitung festlegen und dann 
die Abstände zur Massefläche (beidseitig) bestimmen. Wenn man es so 
macht, dann könnte man ja z.B. die Breite grade so wählen, dass sie 
gleich ist wie diejenige einer 50 Ohm Microstrip Leitung.
Dann beidseitig die Massefläche exponentiell tapern.


Was sagst du Volker? ;-)

[Volker M. (Gast)]

Das klingt doch vernünftig, und im Prinzip wurde es im Artikel auch so 
gemacht. Die Masse läuft seitlich langsam an den Mittelleiter heran und 
die Breite des Mittelleiters wird entsprechend reduziert, bis man 
schließlich die GCPW-Struktur hat.

Gegenüber einen "echten" Coplanarleitung ohne rückseitige Masse ist das 
hier ja relativ einfach, weil nur die seitliche Masse hinzu kommt. Die 
Rückseitenmasse bleibt ... und die Massen müssen natürlich auch gut 
verbunden werden.

[Tobias P. (hubertus)]

Volker M. schrieb:
> und die Massen müssen natürlich auch gut
> verbunden werden.

ja, oft wird da ja ein "Via Fence" verwendet. Wenngleich ich an anderer 
Stelle auch schon gelesen habe, dass dieser nicht viel bringt und man 
die meisten Vias einsparen kann, ein paar wenige Vias pro Wellenlänge 
genüge. Wie das ist, habe ich nie getestet. Ich mache auch wohl immer 
tendentiell zu viele :-)

[Volker M. (Gast)]

Tobias P. schrieb:
> ja, oft wird da ja ein "Via Fence" verwendet.

Ja, musst du nur aufpassen mit deren Position. Wenn du zu viele 
Massevias zu nahe an das Gap setzt, dann vergrößert auch das die 
Kapazität des Signalleiters nach Masse und damit sinkt der 
Leitungswellenwiderstand.

[Bernd (Gast)]

Richtig böse wird es dann, wenn der seitliche Abstand der Vias nicht 
stimmt (Fertigungsfehler) oder wenn die Vias nicht symmetrisch 
angeordnet sind (kann selbst bei teurer Layoutsoftware passieren), dann 
macht die Impedanz eine Berg- und Talfahrt.

[Volker M. (Gast)]

Bernd schrieb:

> oder wenn die Vias nicht symmetrisch angeordnet sind (kann selbst bei teurer 
Layoutsoftware passieren), dann
> macht die Impedanz eine Berg- und Talfahrt.

Ich bin jetzt 30 Jahre beruflich in der HF-Technik tätig und habe vieles 
gesehen ... aber DIESES Problem ist sehr theoretisch konstruiert.

Dagegen spricht:

1) Wenn die Vias so einen hohen Anteil am Kapazitätsbelag haben, dann 
wäre auch bei symmetrischem Aufbau der Wellenwiderstand sprunghaft 
zwischen den Segmenten mit/ohne Via. Dann wäre es sogar BESSER, den 
Kapazitätsbelag über abwechselnd links/rechts Vias konstant zu halten.

2) Von Bedeutung wäre so ein Effekt einzelner Teil-Längen mit 
unterschiedlichem Kapazitätsbelag erst, wenn deren Länge mindestens 1/10 
Wellenlänge ist oder größer. Ansonsten mittelt sich das einfach heraus.

3) Und außerdem wären die üblicherweise verwendeten Berechnungsregeln 
(ohne EM-Simulation) grob falsch weil sie die Vias nicht 
berücksichtigen. Das spricht gegen eine Realisierung wie im ersten Bild: 
großer Einfluß der Vias, das passt also nicht wenn die Berechnung OHNE 
Vias erfolgt ist.

Der Versuch, es mit seitlichen Massen besonders "gut" zu machen kann 
insoweit zum Eigentor werden. Eine normale Microstrip-Leitung ist viel 
problemloser.

Was bei deinem zweiten Bild unzweifelhaft falsch ist, das ist die 
Freistellung der Masse um die Vias ;-)

[Bernd (Gast)]

Ich habe auf die Schnelle keine Messung von den versetzten Vias 
gefunden, aber von der Platine mit dem Impedanzfehler.
Die größeren Impedanzssprünge links und rechts sind die SMA-Buchsen.

Volker M. schrieb:
> 3) Und außerdem wären die üblicherweise verwendeten Berechnungsregeln
> (ohne EM-Simulation) grob falsch weil sie die Vias nicht
> berücksichtigen. Das spricht gegen eine Realisierung wie im ersten Bild:
> großer Einfluß der Vias, das passt also nicht wenn die Berechnung OHNE
> Vias erfolgt ist.
Ich habe hier leider noch keine 3D-EM-Simulation zur Hand. Ich vermute, 
die meisten Impedanzrechner (SaturnPCB etc.) gehen davon aus, das die 
GND-Verbindung zwischen Ober- und Unterseite ideal ist.

> Der Versuch, es mit seitlichen Massen besonders "gut" zu machen kann
> insoweit zum Eigentor werden. Eine normale Microstrip-Leitung ist viel
> problemloser.
Ja, gut möglich.


> Was bei deinem zweiten Bild unzweifelhaft falsch ist, das ist die
> Freistellung der Masse um die Vias ;-)
Du hast Recht, das war nur ein Schnellschuß aus der Hüfte.

[Volker M. (Gast)]

Bernd schrieb:
> Ich habe auf die Schnelle keine Messung von den versetzten Vias
> gefunden, aber von der Platine mit dem Impedanzfehler.
> Die größeren Impedanzssprünge links und rechts sind die SMA-Buchsen.

Das würde passen: zu hoher Kapazitätsbelag, wenn die Vias bei der 
Berechnung nicht berücksichtigt wurden. Vias machen dann zusätzlichen 
Kapazitätsbelag -> Wellenwiderstand sinkt.

> Ich habe hier leider noch keine 3D-EM-Simulation zur Hand. Ich vermute,
> die meisten Impedanzrechner (SaturnPCB etc.) gehen davon aus, das die
> GND-Verbindung zwischen Ober- und Unterseite ideal ist.

Ja genau, die nehmen eine ideale Verbindung. Ich arbeite mit 3D 
EM-Solvern und hatte den Effekt der Vias schon mal berechnet. Also die 
zusätzöoche Kapazität zum Massevia. Die Auswirkung ist je nach 
Substratdicke schon sichtbar, wenn man die Vias so dicht setzt.