Ich möchte eine RF Platine möglichst gut voneinander isolieren und dazu
ein gefrästes Gehäuse benutzen. Maximale Frequenz auf dem Board beträgt
4.5GHz. Nun will ich für die einzelnen Baugruppen möglichst einzelne
gefräste Taschen vorsehen. Von einer Gruppe zur anderen muss dann aber
ein Leiter mit eben der Maximalen Frequenz irgendwie durch die
Gehäusewand.
Wie löst man das am besten. Meine Ideen bisher:
1.) Fräsung in der Wand und Signal auf der Top Lage führen. Höhe der
Fräsung sollte die Impedanz nicht beinflussen. Abstand von Leiterband
zur Wand?
2.) Durchkontaktierung zur Bottom Lage und dann wieder in der nächsten
Tasche auf die Top Lage führen. Das wären zwei Durchkontaktierungen im
Signalpfad.
3.) Durchkontaktierung mit Blind Via auf die erste Innenlage und dann
wieder auf die Top Lage. Blind Vias sind allerding im Prozess sehr teuer
und man hat trotzdem zwei Vias im Signalpfad.
Dieter M. schrieb:> Wie löst man das am besten.
Du hast vermutlich 3 Aufgaben:
Signale mit bis zu 4.5HHz von Kammer zu Kammer führen.
Masse in allen Kammern gleich halten, ist ja Bezug des Signals, kommt an
das Gehäuse.
Versorgungsspannung von Kammer zu Kammer, da sollen die 4.5GHz möglichst
NICHT drüber kommen.
Und vermutlich einige Steuerleitungen, analog oder digital, die auch
keine 4.5GHz als Durchschlupf dienen sollen.
Und Fräsungen kannst du wohl nur an der Zusammenfügestelle von Deckel
und Boden anbringen, sonst kannst du ja keine Platine in die Fräsung
einlegen.
Masse wird also mit eingelegt und verschraubt, könnte die Unterseite der
Platine sein, liegt auf Baden auf.
Signal wird auf oberer Lage wie Streifenleiter geführt, Gehäusefräsung
muss passenden Abstand haben damit es impedanzrichtig bleibt. Eventuell
Labyrinth.
Und Durchführungskondensatoren für Versorgung und Steuersignale.
Elektrokurt schrieb:> Ist es notwendig jedes mal den Namen zu ändern?> Lässt du dir hier ein Uni Projekt von uns entwickeln?>> Fragen stellen kannst du ja so viele du willst, das passt schon, aber es> wäre übersichtlicher wenn du dich anmeldest oder wenigstens immer den> gleichen Namen verwenden würdest.> Zumal es einfacher wäre dir zu helfen, wenn wir im Bild wären wozu das> alles führen soll.
Es geht nicht um ein Uni Projekt, sondern um ein Gehäuse
Christoph db1uq K. schrieb:> aber Kammerbauweise gibts nur kundenspezifisch, aus dem Vollen gefräst> zu entsprechenden Preisen.
Dafür braucht es keine Gehäuse-Firma, das macht jeder
CNC-Fertigungsbetrieb.
Dieter M. schrieb:> 1.) Fräsung in der Wand und Signal auf der Top Lage führen. Höhe der> Fräsung sollte die Impedanz nicht beinflussen. Abstand von Leiterband> zur Wand?
Ja, so macht man es meistens.
https://imgur.com/Eq5KhKl
DC Signale etc. kann man aber auch locker auf eine Innenlage führen und
sozusagen "durchtauchen" lassen. (sieht man auf dem Foto auch)
F. M. schrieb:> Ja, so macht man es meistens.>> https://imgur.com/Eq5KhKl>> DC Signale etc. kann man aber auch locker auf eine Innenlage führen und> sozusagen "durchtauchen" lassen. (sieht man auf dem Foto auch)
Danke für den sachdienlichen Hinweis. Ich würde eben gerne Vias
vermeiden (Zumindest bei den höheren Frequenzen). Durch diese handle ich
mir eben auch Via Stubs ein, wenn ich nicht gerade von Top auf Bottom
gehe.
Ich nehme an der Abstand zur Seitenwand kann minimal der des CPWG sein?
Wie hoch muss ich die Fräsung denn wählen für die durchführung? Ich habe
leider keinen Simulator zur Hand.
https://telemeter.info/de/productattachments/index/download?id=786
Dauerhaft leitfähig beschichtetes Aluminium macht vielleicht noch nicht
jeder CNC-Fertigungsbetrieb. Und passende Durchführungen samt
Gewindebohrer mit Spezifikation bis 2 GHz führt auch nicht jeder
Chinese. Wie gesagt zum Anschauen, nicht um den Hersteller zu empfehlen.
Aber das Foto zeigt schön, wie man HF-Schaltungen professionell fertigen
kann.
Dieter M. schrieb:> Ich würde eben gerne Vias> vermeiden (Zumindest bei den höheren Frequenzen). Durch diese handle ich> mir eben auch Via Stubs ein, wenn ich nicht gerade von Top auf Bottom> gehe.
Das habe ich auch so gemeint, auf dem Bild sieht man auch, dass fast
alle HF Signale eben nicht durch Vias laufen.
Dieter M. schrieb:> Ich nehme an der Abstand zur Seitenwand kann minimal der des CPWG sein?> Wie hoch muss ich die Fräsung denn wählen für die durchführung? Ich habe> leider keinen Simulator zur Hand.
Ich denke, dass das für die meisten Anwendungen relativ egal sein
sollte.
4.5GHz sind 6.66cm Wellenlänge, da ist eine mm Struktur eher nicht
relevant.
Das kommt aber auf deine Anwendung an.
Wenn du links ins Eck des Bildes schaust, wirst du sehen, dass dort bei
den Durchführungen in eine andere Kammer einfach mit Lötstoppmaske
isoliert wurde. (Bei dem weißen IC "U2")
Es wird nie so heiß gegessen, wie gekocht wird....
Dieter M. schrieb:> Wie hoch muss ich denn die fräsung von der Oberfläche vorsehen? Ich habe> leider keinen Feldsimulator zur Hand.
Woher und wie sollen wir das wissen????
Wenn man das tatsächlich simulieren mag, muss man alles wissen, also:
Frequenz, Pegel, Anwendung, Leiterplattenmaterial, Layout welches
Schirmmaterial etc. pp.
Ich würde einfach mal 1mm oder so probieren, was soll bei 4.5GHz schon
groß passieren.
Wie in dem Foto was ich verlinkt habe, ca. Fingerbreit und halt 0.5-1mm
Abstand zum Schirmhaus.
Kommt jetzt auch auf die Anwendung besonders den Pegel an, ist das eine
Zuführung für den zB. 10dBm LO eines Mischers wird es relativ egal sein,
in einer anderen Anwendung eventuell nicht.
Dieter M. schrieb:> Ich habe> leider keinen Feldsimulator zur Hand.
Selbst der würde dir wenig bringen, denn auf welchen Parameter willst du
denn optimieren? Eine schöne Grafik mit Feldnlinien bringt dir absolut
gar nichts in dem Fall.
Dieter M. schrieb:> Wie hoch muss ich denn die fräsung von der Oberfläche vorsehen? Ich habe> leider keinen Feldsimulator zur Hand.
Es gibt sowohl Näherungsformeln als auch einfache freie EM-Solver für
Striplines mit zwei unterschiedlichen Dielektrika ober- und unterhalb
der Leiterbahn. Z.B. das hier:
https://sourceforge.net/projects/mdtlc/
Wenn man für das Dielektrikum über der Leiterbahn ɛ_r = 1 setzt, bekommt
man näherungsweise die Situation innerhalb der Durchführung -- ohne die
Übergänge natürlich. Man kann jetzt, sozusagen in nullter Näherung, so
vorgehen, dass man die Höhe der Ausfräsung so wählt, dass die berechnete
Impedanz innerhalb der Ausfräsung nicht nennenswert von 50 Ohm abweicht.
Das sollte Reflexionen minimieren.
Beispiel: Substrat mit ɛ_r = 4,6, Laminathöhe 0,2 mm, 35 µm Kupfer,
Leiterbahnbreite 0,349 mm. Mit 2 mm Ausfräsungshöhe bekommt man einen
Wellenwiderstand von 48,52 Ohm. Das passt also. Mit 0,5 mm
Ausfräsungshöhe bekommt man 46,4 Ohm. Also schon schlechter. Mit 0,2 mm
Höhe, d.h. die Leiterbahn ist genauso weit von der Groundplane entfernt,
wie von der Ausfräsung, bekommt man ca. 40 Ohm.
Wenn man es schöner haben will, muss man einen besseren Solver bemühen
und die Geometrie genauer modellieren. Mit openEMS wäre das aber ein
ziemlicher Aufwand. Und kommerzielle Software ist teuer.
F. M. schrieb:> Wenn man das tatsächlich simulieren mag, muss man alles wissen, also:> Frequenz, Pegel, Anwendung, Leiterplattenmaterial, Layout welches> Schirmmaterial etc. pp.
Na ja, man kann schon eine Reihe genereller Aussagen treffen. Siehe
oben, oder die bekannte 3W-Regel für Mikrostreifenleitungen.
> Ich würde einfach mal 1mm oder so probieren, was soll bei 4.5GHz schon> groß passieren.
Die 1 mm mögen ja in der Praxis hinhauen. Mit der Frequenz hat das
allerdings nichts zu tun. Die dominante Mode auf der
Mikrostreifenleitung ist in guter Näherung TEM, d.h. die ortsabhängigen
transversalen Anteile des elektrischen und magnetischen Feldes erfüllen
Laplace-Gleichungen. Deswegen ist auch der Wellenwiderstand der TEM-Mode
frequenzunabhängig und die Leitung dispersionsfrei.
Davon abgesehen kann man mit 4,5 GHz alle möglichen unschönen
Überraschungen erleben.
> Kommt jetzt auch auf die Anwendung besonders den Pegel an, ist das eine> Zuführung für den zB. 10dBm LO eines Mischers wird es relativ egal sein,> in einer anderen Anwendung eventuell nicht.
Nö, das oben gesagte ist pegelunabhängig. Es mag natürlich sein, dass
man sich in der komfortablen Situation ist, dass einen die
Anpassungsverluste nicht stören. Bei 4,5 GHz ist auf FR4 bei ein paar mm
Leiterbahn ja ohnehin schnell mal ein halbes dB weg.
> Selbst der würde dir wenig bringen, denn auf welchen Parameter willst du> denn optimieren?
Ich würde den Reflexionsfaktor nehmen.
Mario H. schrieb:> freie EM-Solver für> Striplines mit zwei unterschiedlichen Dielektrika ober- und unterhalb> der Leiterbahn. Z.B. das hier:>> https://sourceforge.net/projects/mdtlc/
Da ich damit gerade etwas herumgespielt habe: Anbei ein Bild des
E-Feldes der genannten Situation: 0,2 mm hohes FR4-Laminat mit ɛ_r = 4,6
unterhalb der Leiterbahn, und darüber 0,5 mm Luft bis zur leitenden
Fläche. Wie man sieht, konzentriert sich das Feld aufgrund der
unterschiedlichen Abstände zwischen der Leiterbahn und der Massefläche
der Platine.
Das ganze ist, wie gesagt, praktisch frequenzunabhängig.
Dieter M. schrieb:> Wie hoch muss ich denn die fräsung von der Oberfläche vorsehen?> Ich habe> leider keinen Feldsimulator zur Hand.
Erfahrungswert aus Feldsimulation:
Abstand = 3x Leiterbreite oder Substratdicke, je nachdem was größer ist
Wo ich das eine Nacht später nochmal lese:
Mario H. schrieb:> Mit der Frequenz hat das> allerdings nichts zu tun. Die dominante Mode auf der> Mikrostreifenleitung ist in guter Näherung TEM, d.h. die ortsabhängigen> transversalen Anteile des elektrischen und magnetischen Feldes erfüllen> Laplace-Gleichungen. Deswegen ist auch der Wellenwiderstand der TEM-Mode> frequenzunabhängig und die Leitung dispersionsfrei.
Das ist in diesem Zusammenhang etwas missverständlich. Die transversalen
Feldamplituden, wie man sie aus einer Feldsimulation bekommt, sind schon
frequenzunabhängig. Der Effekt der Durchführung ist es natürlich nicht.
Vereinfacht Fall kann man sich diese als zwei Leitungsstücke mit
Impedanz Z0 = 50 Ohm vorstellen, mit einem Leitungsstück der Länge l
dazwischen, das eine Impedanz Z1 < Z0 hat. Dann ist der sich ergebende
Reflexionsfaktor des Gebildes (und damit der Verlust) von der Frequenz,
von der Länge l, und von Z1 abhängig.
Bei den genannten 4,5 GHz sind ein paar mm mit vielleicht 40 Ohm aber
durchaus genug, um sich die Anpassung zu versauen. Wenn es wen
interessiert, kann ich das später mal plotten.
