Differential Pair Dimensionierung

guten morgen, Beid em Altium beispiel, ich habe es mir nicht komplett angeschaut, .. vier fehlt noch die Angabe wie dick die Isolierende Schicht zwischen Lage 1 und 2 ist. Dieser Abstand und das dazugehörige Er, haben neben den Leiterzugsbreiten und Leiterzugsabständen den größten Einfluss auf die Impedanz. Du hast 63mil gewählt .. das ist gewaltig, .. das würde bedeuten das deine fertige Platine stärker wäre als 1,6mm

Du kannst auch USB signale (oder eben allgemein differentielle Signale auf zweilagigen Platinen routen aber dazu müsstest du die Leiterzugsbreite deutlich erhöhen. Die Kombination dürfte funktionieren: s: 200µm w: 1000µm h: 1200µm

Schaut aber unprofessionell aus, .. besser währe wenn du auf eine 4 Lagenplatine wechseln würdest.

Ich denke beim Altiumbeispiel wird auch mindestens eine 4 Lagenplatine genommen bei einem h von ca 400µm

Im Artikel steht: "Remember, the trace width on a standard thickness PCB with two layers was about 110 mils for Dk - 4.8. " Ich hab den Artikel nicht gelesen aber es scheint das die Berechnung sich auf eine besonders dicke Platine bezieht. Gib im Saturn Tool mal eine Dicke von 110mil ein und schau was raus kommt.

Nachtrag: Ich hab mal Saturn gestartet, weil dicker deutet ja hochohmiger. Für 90 Ohm kommt eine Conductor Height von 20mils raus. Im Screenshot vom Artikel sieht man kein Prepreg. Es fehlt also eine Angabe.

Hi Pedt, bei mir gehen die Berechnungen von Altium und Saturn auch auseinander. Im Screenshot sieht man welche Werte ich von Altium im Saturn Tool eingetragen habe. Vielleicht entdeckt jemand einen Fehler. Einen Unterschied von 93 Ohm zu 113 Ohm finde ich schon gewaltig und kann es mir nicht erklären.

Gruß Taz

Moin,

Und wenn ihr noch den Rechner von KiCad hernehmt, wirds sicher noch ein anderer Wert werden... Ich wuerde das aber nicht allzu eng sehen. Der Reflexionsfaktor bleibt auch einigermassen klein, wenn die Impedanz nicht 100% stimmt, sondern etwas daneben ist.

Gruss WK

bei mir gehen die Berechnungen von Altium und Saturn auch auseinander. Im Screenshot sieht man welche Werte ich von Altium im Saturn Tool eingetragen habe. Vielleicht entdeckt jemand einen Fehler. Einen Unterschied von 93 Ohm zu 113 Ohm finde ich schon gewaltig und kann es mir nicht erklären. Das liegt an der Berechnungsmethode. Kicad und zu 99% die anderen tools wie saturn und online tools nutzen die Gleichungen nach IPC-2141. Altium berechnet die die impedanz nummerisch.

Einen Unterschied von 93 Ohm zu 113 Ohm finde ich schon gewaltig finde ich garnicht so schlimm, weil am ende ist das eh nicht so exakt. Bei differentiellen Leitungen ist es viel wichtiger, dass du Leiterzüge gematcht werden. Bei parallelen impedanz kontrollierten Leiterzügen z.b. beim DRAM ist es ebenso viel wichtiger das alle Leiterzüge den gleichen störungen/fehler haben/gleiche Länge haben/gleiche impedanz haben.

Ich berechne nach IPC-2141 und mache impedanzkontrolle auf 10%. Hat bisher alles funktioniert:

• USB2.0
• Ethernet 100MBit/1Gbit, 2.5GBit, 10Gbit
• DDR3L (etwa 800MHz clock)
• PCIe Gen2

Taz G. schrieb:

Einen Unterschied von 93 Ohm zu 113 Ohm finde ich schon gewaltig

Wie du das findest, spielt keine Rolle. Entscheidend ist der Einfluss auf die Signalform. Rechne dir mal den Unterschied in den S-Parametern und dessen Wirkung aus.

Ich hab die Werte mal in Polar eingetippt. 90,91 Ohm.

Ich hab die Werte mal in Polar eingetippt. 90,91 Ohm. Von welchen Werten sprichst du?

Rainer W. schrieb:

Taz G. schrieb:

Einen Unterschied von 93 Ohm zu 113 Ohm finde ich schon gewaltig

Wie du das findest, spielt keine Rolle. Entscheidend ist der Einfluss auf die Signalform. Rechne dir mal den Unterschied in den S-Parametern und dessen Wirkung aus.

Hallo Reiner, im Grunde hast Du Recht. Aber was ich mit gewaltig meinte ist die Mathematik. Egal welches Tool ich benutze die grundlegende Mathematik dahinter sollte doch gleich sein und in etwa gleiche Ergebnisse liefern. Für miche sollte 1+1 immer 2 ergeben, egal welches Tool ich benutze und egal ob es eine Rolle spielt. Ich habe zwei Online Tools befragt es kommen einmal 112 und einmal 107 Ohm heraus. Die Werte von 107 bis 113 sind für mich im Toleranzbereich aber Altium liegt mit seinen 93 Ohm soweit weg, dass ich meine Eingaben oder die von Altium verwendeten Formeln anzweifle.

Senkrechtes Ätzen bei Altium und das W/H von 0,4 bei Saturn halte ich für sehr schwierig zu fertigen.

Arno

Arno H. schrieb:

Senkrechtes Ätzen bei Altium und das W/H von 0,4 bei Saturn halte ich für sehr schwierig zu fertigen.

@Arno Warum ? Das "Senkrechtes Ätzen" bezieht sich wahrscheinlich auf den Etch Parameter. Der ist auf Null gesetzt weil, zum Einen macht der fast keinen Unterschied für die Berechnung aus und zum Anderen gibt es im Saturn keinen Parameter dafür. Zur Erinnerung es ging darum, das beide Tools bei gleichen Eingaben unterschiedliche Ergebnisse liefern.

Hallo, im bin auch gerade dabei, ein USB Full Speed (nicht High speed) auf eine normale 2-lagige FR4 Leiterplatte zu bringen. Komme nach KICAD dann auf ca. 1 mm Leiterbahnbreite und 0,2mm Abstand, um die Impedanz von 90 Ohm zu erreichen. Sieht unschön aus.

Im beigefügten Dokument wird beschrieben:

USB specifies a minimum rise time of 4 ns, which equals a maximum signal bandwidth of 87.5 MHz or a minimum wavelength of 1.7 meters on a typical PCB trace. Thus if PCB traces are shorter than 170 mm, it can be argued that the characteristic impedance of a track is not important.

Somit ist bis 170 mm Leiterbahnlänge auf dem Board aber alles unkritisch, oder ?

Die Unterschiede bei den Berechnungstools sind mir schon vor langer Zeit aufgefallen. Mein Vertrauen hatte (heute brauch ich's nicht mehr 😀) Polar.

Dirk F. schrieb:

Komme nach KICAD dann auf ca. 1 mm Leiterbahnbreite und 0,2mm Abstand, um die Impedanz von 90 Ohm zu erreichen. Sieht unschön aus.

Ist auch unschön. Man macht Z-Leitungen in dem Impedanzbereich auch nicht auf zweilagigen Platinen, sondern nimmt mindestens eine vierlagige mit deutlich kleinerem Abstand zur GND-Plane.

Thus if PCB traces are shorter than 170 mm, it can be argued that the characteristic impedance of a track is not important.

Somit ist bis 170 mm Leiterbahnlänge auf dem Board aber alles unkritisch, oder ?

Der Aussage traue ich auch nicht zu 100%. Die 87 MHz sind etwa die Grundwelle, aber man hat auch noch einiges an Oberwellen. Der absolute Wert der Impedanz ist jedoch mit Sicherheit nicht kritisch, trotzdem würde ich eine ordentlichen symmetrische Z-Leitung nehmen mit einer (Serien-)Terminierung (Anpassung an die Quelle); auch bei deutlich kürzeren Längen und vor allem bei Taktsignalen. Gut, USB sind Datenleitungen, aber es kostet ja nichts, ein ordentlich dimensionierte Leitung zu legen! Und wenn das USB-Signal auf ein 1m langes Kabel anschließend geht, ist es auch vorteilhaft, Stoßstellen zu vermeiden.

Pedt schrieb:

Wie ist diese große Abweichung zu erklären?

Die Abweichungen können auch noch größer sein: εr von FR4 ist zwar häufig mit 4.8 genannt. Bei uns hat es mal einer gemessen und lag eher bei knapp 4. Dieser Unterschied wird auch vom FR4-Hersteller abhängig sein, je nach dem wie hoch der Anteil an der Glasmatte und dem Epoxi ist.

Erstens. Es gibt auch zweilagige Leiterplatten mit zB 0.8 mm oder weniger. Halt nicht grad beim C. Zweitens. 5 mil Abstand ist sehr sportlich. Das ist eher nicht zuverlaessig machbar. Die Einhaltung dieser 5 mil ist zufaellig und sowieso nicht konstant ueber die Laenge.