Forum: HF, Funk und Felder Ist es besser, nicht zu matchen wenn man keine Ahnung von den Parasitics hat?


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von Peter M (Gast)


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Hallo,

Das ist eine Followup Frage zu 
Beitrag "L-match mit 100f".

In meinem 915 MHz design moechte ich einen 4x Voltage Multiplier mit RF 
Dioden (Skyworks SMS7630) moeglichst gut (*) zu 50 Ohm matchen.

Mit LTSpice erhalte ich als Eingangsimpedanz 70.8806-j303.072 (wie im 
obigen Link).

Die Eingangskapazitaet der Diode ist aber unbekannt ... dazu kommen die 
ganzen Streukapazitaeten die ich als Maximalwert abschaetzen kann, aber 
sicher zu keinem genauen Wert komme.

Typisch fuer ein Pad sind ~1pF. Gebe ich die spasshalber mal dazu, ist 
die Eingangsimpedanz ploetzlich komplett anders:

Zin = 3.63218-j80.0498 Ohm.

In Anbetracht der Tatsache dass ich kaum was ueber diese Parastics 
weiss, ist es besser gleich gar nicht zu matchen?




(*) Moeglichst gut bedeutet so gut es mit minimalen Resourcen als nicht 
RF designer moeglich ist. Ich habe keine Ressourcen mich in HFSS, Sonnet 
etc einzuarbeiten ... es geht mir hier eher um Schadensbegrenzung.

von Ingolf Impedansze (Gast)


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Peter M schrieb:
> In Anbetracht der Tatsache dass ich kaum was ueber diese Parastics
> weiss, ist es besser gleich gar nicht zu matchen?

Als Grundlage für Analog design gilt folgendes:
Bau eine Schaltung mit Abgleichmöglichkeiten. Die misst man aus und 
gleicht das Ganze mit dem eben Genannten mit eingebauten 
Abgleichmöglichkeiten ab.

Hat man die Abgleichmöglichkeiten nicht, dimensioniert man die Schaltung 
nach den Messergebnissen neu auf.

Zusammenfassung: Verschaff Dir eine Messmöglichkeit.

von Funker (Gast)


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Peter M schrieb:
> In meinem 915 MHz design

Für welche Anwendung soll das sein und um wieviel Leistung geht es 
dabei?

von Peter M (Gast)


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Ingolf Impedansze schrieb:
> Zusammenfassung: Verschaff Dir eine Messmöglichkeit.

Ok. Das Design besteht aus vielen 0-Ohm jumpern und DNP pads mit denen 
ich Aenderungen vornehmen kann.

Einen VNA muss ich mir erst besorgen (siehe mein anderer Post).

Hauptproblem ist dass es um ein Design mit etwa 20 Instanzen geht 
(deswegen mache ich es Turnkey weil es qualvoll waere, alle 20 Boards 
selbst aufzuloeten).

Um ein einziges Board zu bestellen, durchzumessen und dann nochmal 20 zu 
bestellen, dafuer hab ich leider keine Ressourcen (Zeitdruck).

Deswegen meine Frage nach "Schadensbegrenzung".

Ja, im worst case kann ich eines der board nehmen, mit VNA durchmessen 
und den optimalen L match bestimmen. Dann muesste ich nur 2 Elemente (L 
und C) bei den restlichen 19 Boards tauschen.

Ich stell mir nur die Frage was der beste "Default" duer die initielle 
Bestellung ist. Gar nicht matchen?

Nun hab ich es so gemacht dass ich einfach so gut es geht Parasitics 
angenommen habe und L/C des L-matches entsprechend dimensioniert habe.

Funker schrieb:
> Peter M schrieb:
>> In meinem 915 MHz design
>
> Für welche Anwendung soll das sein und um wieviel Leistung geht es
> dabei?

Um RFID. Also 915 MHz, max. ~10dBm aber im Regelfalls so zwischen -25dBm 
und 0dBm.

von GHz N. (ghz-nerd)


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Wenn du zwingend eine möglichst gute Anpassung brauchst, dann musst du 
sowieso nachmessen und Bauteilwerte neu bestimmen. On dem Fall würde ich 
nicht einmal default Werte einsetzen sondern alles unbestückt lassen.

Falls deine Anwendung hingegen sowiesi etwas Marge hat, ist es gut 
möglich, dass ein erster Versuch bereits gut genug funktioniert.
Dabei ist der Ansatz

Peter M schrieb:
> Nun hab ich es so gemacht dass ich einfach so gut es geht Parasitics
> angenommen habe und L/C des L-matches entsprechend dimensioniert habe.

durchaus sinnvoll.

Falls du doch noch ein paar Tage Gnadenfrist erhältst, besteht eine 
dritte Möglichkeit darin, ein eigenes kleines express testboard nur mit 
den kritischen Schaltungsteilen zu machen (gleicher Lagenaufbau, 
gleicher Hersteller aber ohne Bestückung) um das optimale Anpassnetzwerk 
mit VNA oder mit etwas Geduld empirisch zu bestimmen

: Bearbeitet durch User
von Volker M. (antennensimulation)


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Peter M schrieb:
> Ok. Das Design besteht aus vielen 0-Ohm jumpern und DNP pads mit denen
> ich Aenderungen vornehmen kann.

Im Sinne einer HF-Anpassung klingt das nicht hilfreich, sondern erzeugt 
eventuell noch mehr Parasitics.

Zeig doch mal dein Layout, dann kann man konkreter helfen und auch 
Parasitics konkreter abschätzen. Letztlich ist aber die Messung wichtig.

von Peter M (Gast)


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Volker M. schrieb:
> Im Sinne einer HF-Anpassung klingt das nicht hilfreich, sondern erzeugt
> eventuell noch mehr Parasitics.

Macht Sinn!

> Zeig doch mal dein Layout, dann kann man konkreter helfen und auch
> Parasitics konkreter abschätzen.

Das waere extrem hilfreich und nett!
Vor allem fuer den Lernfaktor.

Im Anhang ist das Layout, sowohl "raw" als auch annotated (mit der 
Schaltung). Ich habe den Signalpfad nachgezeichnet. Rt20 und Rt21 sind 
z.B. "DNP" und nur vorhanden um den RF Switch Q2 kurzschliessen zu 
koennen.

Andere Teile wie Rt15 und Rt22 sind zum Debugging und by default mit 0 
Ohm bestueckt.

Ich weiss, die Schaltung (vor allem mit der lumped TL) und den RF 
Switches mag etwas komisch aussehen aber die haben ihren Grund.


Vielen Dank!!

von Volker M. (antennensimulation)


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Das ist 4-lagig, oder? Was hast du für einen Abstand zwischen Topmetal 
und Masse?

von Hp M. (nachtmix)


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Hast du wenigstens mal nachgemessen, ob sich diese Verzögerungsleitung 
so verhält, wie du es gern hättest? Ich habe einige Zweifel...

Und wozu die Spannungsverdopplung mit den parallelgeschalteten Dioden?
Das verursacht unnütz hohe Kapazität und -20dBm gibt selbst bei einer 
mit 50 Ohm abgeschlossenen Leitung genug Richtspannung für eine Messung.
In der Tat ist dies etwa die Maximalleistung für den linearen 
Zusammenhang zwischen Richtspannung und HF-Leistung.

von Peter M (Gast)


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Volker M. schrieb:
> Das ist 4-lagig, oder? Was hast du für einen Abstand zwischen Topmetal
> und Masse?

Ja, 4-lagig. Alles ueber durchgehender Groundplane. Abstand: 9.3mil 
(sorry fuer diese Units ... verwendet von Foundry und Design)

Hp M. schrieb:
> Hast du wenigstens mal nachgemessen, ob sich diese Verzögerungsleitung
> so verhält, wie du es gern hättest? Ich habe einige Zweifel...

Ja, diese wurde bereits separat gemessen und verhaelt sich wie erwartet.

Woran haettest du genau Zweifel?

> Und wozu die Spannungsverdopplung mit den parallelgeschalteten Dioden?

Meinst du seriell geschaltet?

Das Design ist nicht von mir, deshalb kann ich mich nicht wirklich dazu 
aeussern. Ich moechte nur so wenig wie moeglich aendern was ich nicht 
genau verstehe, denn das erhoeht nur das Risiko dass weniger 
funktioniert.

Nach meinen Simulationen macht das aber Sinn um einigermassen Voltage 
Gain zu bekommen. Es gibt keinen Amplifier im Signalpfad! Der Ausgang 
der Dioden geht ueber einen passiven Filter direkt in einen Komparator 
und da brauche ich entsprechend hohe Voltage. Verwende ich nur einen 
Stage, verliere ich die halbe Amplitude.

Ich weiss auch dass das Design auf einer Schaltung basiert die 
mittlerweile vielfach verwendet wurde: 
https://sensor.cs.washington.edu/pubs/power/WISP-WARP.pdf

> Das verursacht unnütz hohe Kapazität und -20dBm gibt selbst bei einer
> mit 50 Ohm abgeschlossenen Leitung genug Richtspannung für eine Messung.
> In der Tat ist dies etwa die Maximalleistung für den linearen
> Zusammenhang zwischen Richtspannung und HF-Leistung.

Ich habe eine Vout-vs-Pin Kennlinie gezeichnet und ja, das ist etwa 
korrekt. Das bedeutet aber nicht dass der Empfang fuer hoehere 
Eingangsleistungen nicht mehr geht. Ich kann Bits in etwa von -30dBm bis 
0dBm empfangen (mit dem aktuellen PCB).

von Hp M. (nachtmix)


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Peter M schrieb:
> Ja, diese wurde bereits separat gemessen und verhaelt sich wie erwartet.
>
> Woran haettest du genau Zweifel?

Wegen der kapazitiven Kopplung zwischen den einzelnen Stufen durch die 
doch recht großen Kupferflächen dort.
Aber wenn's vermessen ist und zur Zufriedenheit funktioniert, ist's ja 
gut.


Peter M schrieb:
>> Und wozu die Spannungsverdopplung mit den parallelgeschalteten Dioden?
>
> Meinst du seriell geschaltet?

HF-mäßig sind alle 4 parallel.
Ein Paar Dioden mag noch angehen, und ist auch üblich, denn es 
verdoppelt nicht nur die Richtspannung, sondern reduziert auch den 
Einfluss von Kurvenformverzerrungen durch Oberwellen.
Allerdings wirst du hinter diesem Tiefpass bzw. Verzögerungsleitung 
sowieso nichts mehr mit Oberwellen zu tun haben.


Peter M schrieb:
> Es gibt keinen Amplifier im Signalpfad!

Warum auch immer.
Handelsübliche breitbandige, also reflexionsarm mit Widerständen 
abgeschlossene Dioden-Leistungsmeßköpfe liefern typisch 0,5mV/µW.
Bei deinen Leistungen also auch ohne Resonanzüberhöhung problemlos zu 
handhabende Spannungen. Siehe Datenblatt.

P.S.:
Aus dem verlinkten Artikel:
>The second system harvests VHF or UHF energy from TV towers,
> with   power   available   depending   on   range   and
> broadcast  transmit  power.

Das ist hierzulande verboten!

: Bearbeitet durch User
von Volker M. (antennensimulation)


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Peter M schrieb:
> Ja, 4-lagig. Alles ueber durchgehender Groundplane. Abstand: 9.3mil

Bei SOT23-pads mit 1.4mm x 1.0mm ergibt das 0.33pF @ 900MHz pro Pad.

Dein Routing ist zwar kompakt, aber über den Gesamtpfad kommt doch 
einiges an Länge zusammen. Das würde ich mit etwa 1nH pro mm abschätzen.

: Bearbeitet durch User
von Peter M (Gast)


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Volker M. schrieb:
> Peter M schrieb:
>> Ja, 4-lagig. Alles ueber durchgehender Groundplane. Abstand: 9.3mil
>
> Bei SOT23-pads mit 1.4mm x 1.0mm ergibt das 0.33pF @ 900MHz pro Pad.

Danke!

Wie kommst du zu dieser Nummer genau: 
eps0*4*1.4e-3*1e-3/0.23622e-3=0.2pF ?

> Dein Routing ist zwar kompakt, aber über den Gesamtpfad kommt doch
> einiges an Länge zusammen. Das würde ich mit etwa 1nH pro mm abschätzen.

Induktivitaet (nH) oder Kapazitaet?

Meinst du damit, du wuerdest die 1nH/mm von dem errechneten L1 Wert 
abziehen?

von mil (Gast)


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Peter M schrieb:
> Um RFID. Also 915 MHz, max. ~10dBm aber im Regelfalls so zwischen -25dBm
> und 0dBm.

Hier™ wurde ~866 MHz für UHF-RFID empfohlen..

von Volker M. (antennensimulation)


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Peter M schrieb:
> Volker M. schrieb:
> Wie kommst du zu dieser Nummer genau:
> eps0*4*1.4e-3*1e-3/0.23622e-3=0.2pF ?

Das ist das Ergebnis einer EM-Simulation mit Sonnet.

Der Unterschied zur Plattenkondensator-Berechnung ergibt sich daraus, 
daß der Simulator auch die Streufelder am Rand berücksichtigt. Bei 
großen Flächen oder sehr dünnem Dielektrikum würden sich beide 
Rechenwege annähern.


> Induktivitaet (nH) oder Kapazitaet?
>
> Meinst du damit, du wuerdest die 1nH/mm von dem errechneten L1 Wert
> abziehen?

Ich meinte schon Induktivität. Und du hast es richtig verstanden, die in 
Form von Routing und Serienelementen verbaute Länge würde ich mit 1nH/mm 
abschätzen und von L1 abziehen. Für Kundenprojekte simuliere ich sowas 
dann auch (EM-Simulation des Layouts plus Meßwerten für die 
Bestückbauteile).

mil schrieb:
> Hier™ wurde ~866 MHz für UHF-RFID empfohlen..

Ob 868 oder 915 hängt davon ab, in welcher Weltregion man es betreiben 
will. Europa nutzt 868, USA 915.

: Bearbeitet durch User

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