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Forum: Platinen Warum verlaufen Kupferleitungen in Wellenlinien?


Autor: jostone (Gast)
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Hallo, alle

Ich hab ein neues Motherboard, und dort verlaufen manche der sichtbaren 
Kupferleitungen in Wellenlinien.(Manchmal auch nur eine einzige Welle, 
in der Linie) Was macht das für einen Sinn?

Längere Wege, bedeuten doch(auch wennjeweils minimal) längere 
Verarbeitungszeiten, höheren Stromverbrauch, höherer Materialverbrauch, 
längere Produktionszeiten...

Das wird vielleicht nie auffallen, ich versteh nur nicht, warum man 
keine geraden Linien baut.

gruß jostone



Autor: Daniel W. (danie)
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das hat vermutlich mit den signallaufzeiten zu tun damit alle 
zueinandergehörigen bits gleichzeitig ankommen.

auch muss der wellenwiederstand der leitung stimmen (bei diesen 
frequenzen wichtig)

grüße danie

Autor: errorist (Gast)
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bei solch hohen frequenzen werden nur minimale induktivitäten von spulen 
benötigt um die signale gewünscht zu beeinflussen.
diese minimalen werte lassen sich durch diese wellenlinienform der 
leiter erreichen.
d.h. diese linien sind einfach abgerollte spulen direkt auf die platine 
gebracht
und liefern eine eine kleine induktivität und eine minimale laufzeit 
verzögerung wäre dadurch auch zu erreichen.

Autor: ... (Gast)
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Induktion ist Falsch! Will man (hier jedenfals) nicht. C und L "bastelt" 
man sich gerne bei Antennen und "Analog"-HF.
Hier ist es ganz einfach die Signallaufzeit. Wellenwiderstand wird mit 
Abschlußwiderständen und z.B. GND-Layer eingehalten. (Multilayer!)

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Der Wellenwiderstand ergibt sich aus der Leiterbahnbreite, dem Abstand 
zur Massefläche und der Dielektrizität des Platinenmaterials. Stichwort 
"Microstrip"-Leitung.
In einer Nanosekunde läuft ein Signal immerhin 30 cm weit ( in Luft), 
auf Platine verkürzt sich das mit Wurzel aus Epsilon_r (FR4-Epoxid etwa 
4...5). Mit den Wellen werden also nur Laufzeiten unterhalb einer 
Nanosekunde ausgeglichen.

Autor: Kola (Gast)
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Was für Arbeitsspeicher hat die Platine denn? Bei "Rambus" muss ein 
definierter Wellenwiderstand oder ähnliches (weiss ich nicht mehr genau) 
erreicht werden, deshalb werden die Leiterbahnen in Wellen geführt

Autor: Thomas (Gast)
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Ahja, Wellen für den Wellenwiderstand ;-)

Autor: Simon Huwyler (Gast)
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Nö, eben mit Wellenwiderstand hat das gar nichts zu tun. Und wie schon 
gesagt auch nichts mit Induktivität.

Sondern schlichtweg mit Signallaufzeit. Schneller ist eben auch in der 
Elektronik nicht immer besser ;-)

Wenn Du Dir mal überlegst, wie schnell heutige Motherboard getaktet 
sind, und wie schnell sich die Signale in den Leitungen verbreiten, dann 
wirst Du erkennen, dass die Länge eines Tracks durchaus einen 
signifikanten Einfluss darauf hat, wann ein Signal beim Empfänger 
innerhalb eines Taktzyklus ankommt. So muss man halt z.B. bei einigen 
Datenleitungen 'nen Umweg einbauen, damit die Daten nicht den Takt 
"überholen".

Solche Constraints sind in ernst zu nehmendenden Elektronik-CAD-Tools 
übrigens schon lange dabei (z.B. Protel).

Autor: Μαtthias W. (matthias) Benutzerseite
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Hi

zur Ergänzung:
Es werden mit diesen "Wellen" die unterschiedlichen Längen der einzelnen 
Daten- bzw. Taktleitungen ausgeglichen die sich durch die Anordnung der 
entsprechenden Pins an Steckverbindern/Gehäusen ergeben.

Matthias

Autor: gustav (Gast)
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Der Wellenwiderstand und die Impedanz sagen prinzipiell das Gleiche aus, 
wobei der Wellenwiderstand der wellenlängenabhängige Scheinwiderstand 
ist, die Impedanz der frequenzabhängige. Bei Kabeln ist der 
Wellenwiderstand definiert als der Eingangswiderstand einer homogenen 
Leitung von unendlicher Länge.


Ersatzschaltbild einer HF-Leitung zur Bestimmung des Wellenwiderstandes

Der Wellenwiderstand, der in Ohm angegeben wird, ist ein Maß zur 
Bewertung des Hochfrequenzverhaltens von HF-Vierpolen wie HF-Stecker, 
HF-Kabel oder Antennen.

Bei Koaxialkabeln ist der Wellenwiderstand unabhängig von der Kabellänge 
aber abhängig vom Kapazitäts- und Induktivitätsbelag des HF-Kabels. 
Diese Werte sind direkt abhängig vom Durchmesser des Innenleiters und 
der Schirmung und von der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums. 
Das Ersatzschaltbild verdeutlicht die Einflüsse der Induktivitäten und 
Kapazitäten auf den Wellenwiderstand. Es zeigt eine Reihenschaltung von 
vielen einzelnen Induktivitäten und Kapazitäten, die die Induktivitäts- 
und Kapazitätsbelage nachbilden. Unter Vernachlässigung des ohmschen 
Widerstands ergibt sich der Wellenwiderstand (Z) näherungsweise aus der 
Wurzel des Verhältnisses von Induktivität zur Kapazität.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Wellenwiderstand

Und wie bereitsgesagt, mit diesen Wellen wird die Laufzeit zwischen 
verschiedenen Signalen ausgeglichen, damit z.B. an einem RAM alle 
Signale möglichst gleichzeitig ankommen. Bei 533 Mbit/s (DDR2-533) ist 
ein Bit weniger als 2ns "lang".

MFG
Falk

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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http://www.s-t-e.de/index.html?http%3A//www.s-t-e.... 
unter Layouttricks gibts etwas erklärungen in bezug auf pci-express, 
lässt sich aber vom prinzip her auch auf pata, pci, und was es nicht 
sonst alles gibt, übertragen.

Autor: Elch2001 (Gast)
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Hallo,

Ich kann nur bestätigen, dass die Schlangenlienien auf der Plaine nur 
zum ausgleichen der Signallaufzeiten dienen.
Damit am Prozessor oder auch an einem anderen Bauteil die Signale zur 
gleichen Zeit anliegen.

Und diese Verzögerungsleitungen verlaufen Wellenförmig, da bei eckigen 
Leiterstrukturen die HF nicht so gut dem Leiter folgen kann und 
wohlmöglich in andere Leitungen übersprechen würdeund stärker gedämpft 
würde.

Mit dem Wellenwiderstand hat es überhaupt nichts zu tun. Der 
Wellenwiederstand ergibt sich wie bereits erwähnt durch die 
Leiterbreite, und dem verwendeten Substart. Stichwort 
"Mikrostreifenleitung" oder "Koplanarleitung".

Induktivitäten (Spulen) können zwar auch auf diese Weise hergestellt 
werden. Aber die haben auf Hochfrequenzleitungen nichts verlohren.
Da dies einen Frequenzabhängigen Widerstand hervorrufen würde. Und der 
Leitung soll es ja eigentlich egal sein ob "110011001100"(niedrige 
Frequenz) oder "10101010" (hohe Frequenz) als Daten übertragen werden.

Darum ist der Abstand bei den geschlängelten Verzögerungsleitungen auch 
relativ groß, um gerade diese Induktivitäten möglichst klein zu halten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Elch2001 (Gast)

>Und diese Verzögerungsleitungen verlaufen Wellenförmig, da bei eckigen
>Leiterstrukturen die HF nicht so gut dem Leiter folgen kann und

;-)
Die Legende lebt. Das ist eher Kosmetik.

MfG
Falk

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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Da ist schon was dran. Bei scharfen Ecken treten viel höhere 
Stromdichten auf, das ist der EMV sicher nicht zuträglich.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Andreas Schwarz (andreas)

>Da ist schon was dran. Bei scharfen Ecken treten viel höhere
>Stromdichten auf, das ist der EMV sicher nicht zuträglich.

Da ist so gut wie GAR NICHTS dran! Da musst du schon bei 2 GHz++ messen 
, um überhaupt mal geringfügig was zu sehen, von prakische Relevanz bei 
Digitalschaltkreisen mal ganz zu schweigen.

MFG
Falk

Autor: Alex Georgiev (Firma: student) (alex2308)
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OT: also ich muss sagen, als informatiker, der nix mit elektrotechnik zu 
tun hat finde ich das äusserst interessant. ich wusste nicht, dass wir 
physikalisch sogar auf den mainboards schon so dicht am limit sind.

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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Ich hab das mal mit Sonnet Lite simuliert. Da sieht man schon bei 
wenigen MHz dass die Stromdichte an der Ecke viel hoeher ist als bei 45 
Grad-Winkeln oder Rundungen. Und Frequenzen im GHz-Bereich sind ja auf 
Mainboards laengst ueblich. Wie stark sich das quantitativ auswirkt 
weiss ich nicht, aber wenn man potentielle Stoerquellen mit ein paar 
Klicks ausschliessen kann, warum nicht?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Andreas Schwarz (andreas)

>Ich hab das mal mit Sonnet Lite simuliert. Da sieht man schon bei
>wenigen MHz dass die Stromdichte an der Ecke viel hoeher ist als bei 45
>Grad-Winkeln oder Rundungen.

Simulation ist nicht alles. Da kann man auch mal fix Unsinn simulieren, 
bzw. das Ergebnis fehlinterpretieren. Und dass der Skineffekt bereit bei 
wenigen MHz spürbar ist, ist nicht neu. Hat aber mit den Rundungen vs. 
Ecken wenig zu tun.

>weiss ich nicht, aber wenn man potentielle Stoerquellen mit ein paar
>Klicks ausschliessen kann, warum nicht?

Sicher, dagagen sagt ja auch keiner was. Allerdings sollte/darf man 
daraus nicht ableiten, dass es zwingend ist!

MFG
Falk

Autor: Christian Paulsen (elch2001)
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Hallo nochmal.
Also wie stark sich das bei den Frequenzen auf dem Mainboard auswirkt 
mit runden oder Eckigen Ecken, das weiss ich nicht. Ich weiss nur, dass 
da HF abstrahlen kann oder anders gesagt es andere Leitungen stören 
kann. Vielleicht ist es aber auch wegen thermischer Ausdehnung, damit 
die Leiterbahnen bie den Scharfen Ecken nicht einreissen.
Ich weiss das nicht genau. Ich musste noch nie Mainboards Layouten.

Autor: nemon (Gast)
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daniel und christoph haben es oben bereits beschrieben: messt mal die 
entfernung vom cpusockel zum nächsten und zum entferntesten kontakt des 
ramslots, bildet davon die differenz und überlegt, welche 
signalverschiebung sich bei vielleicht 400MHz ergeben würde, wenn die 
leitungen auf direktem luftweg verlegt würden. insbesondere bei 
parallelen leitungen ist dies wichtig. bei pcie wird das nochmal 
krasser, als bei z.b. ram, da treten nochmals deutlich höhere frequenzen 
auf (2,5 GHz, imho), da ist ein komplettes "bit" nur noch vielleicht 3cm 
"lang". was dann bei einer Grafikkarte mit 16 parallelen leitungspaaren 
passiert, wenn die längste leitung 3cm länger ist, als die kürzeste, 
kann man sich ja vorstellen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ nemon (Gast)

>"lang". was dann bei einer Grafikkarte mit 16 parallelen leitungspaaren
>passiert, wenn die längste leitung 3cm länger ist, als die kürzeste,
>kann man sich ja vorstellen.

Und weil das so ist, sind die einzelnen PCI-Express Leitungen UNABHÄNGIG 
voneinander. D.h. da können ruhig ein paar Bits verschoben sein. Das 
wird dann über ein höheres Protokoll und FIFOs wieder 
zusammengefriemelt. Nennt sich Channel Bonding. Bei DDR-RAM geht das 
ähnlich, dort müssen nur jeweils 8 Bit sehr eng tolerierte Laufzeiten 
haben, mehrere Bytes eine ICs haben gegeneinander mehr "Luft".

MFG
Falk

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