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SILENT bei "grossen" Leiterplatten

SILENT bei "grossen" Leiterplatten

Beitragvon bachofen » Fr, 16.04.2010 06:57

Hallo zusammen,

Ich habe gerade die ersten Versuche mit Silent gemacht. Dabei sind mir zwei Punkte aufgefallen:

1) Bei relativ grossen Leiterplatten (130mmx250mm) ergeben sich bei Frequenzen >200MHz relativ viele hochimpedante (>1Ohm) Resonanzfrequenzen. Ich nehme an, dass diese deshalb auftreten, weil die Ausdehnung der Leiterplatte in den Bereich Lambda/2 resp. Lambda/4 kommt.

Frage: Was kann ich gegen diese Resonanzen tun? Der Lagenabstand ist bereits 50um.


2) Bei der gleichen Simulation habe ich festgestellt, dass das System im unteren Frequenzbereich weniger niederimpedant ist, als aufgrund der Kondensatoren zu erwarten wäre:
Ich verwende einen 22uF Kondensator. Dieser sollte bei etwa 7kHz unter 100mOhm kommen. In der Simulation bleibt die Impedanz aber bis ca. 1MHz oberhalb von 100mOhm. (Damit ich dies sehen kann, habe ich den Innenwiderstand der DC-Quelle auf 2Ohm gesetzt)

Frage: Was ist der Grund fĂĽr dieses Verhalten?


Herzliche GrĂĽsse

Daniel
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Beitragvon Luc » Do, 29.04.2010 10:51

Hallo!

Zu 1.)
Richtig, es handelt sich dabei um die Eigenmoden des Flächensystems. Den richtigen Weg haben Sie auch schon eingeschlagen, dünnere Substrate sind die beste Lösung für diese Problematik. Wenn diese Möglichkeit schon ausgereizt ist (z.B. weil Sie aus irgendwelchen Gründen keine dünneren Substrate verwenden können/wollen), lässt sich durch eine gezielte Kondensatorbeschaltung etwas verbessern: In Ihrem Beispiel käme z.B. zunächst in jede Ecke des Flächensystems ein 22uF-Kondensator um das Flächensystem zu niedrigen Frequenzen hin richtig zu ergänzen. Wegen der Strukturresonanzen könnten Sie jetzt jeden 22uF-C um jeweils einen parallel geschalteten 330pF- und 100pF-Kondensator ergänzen. Die beiden letzteren machen ihre "Serienresonanz" (optimierte Pad- und Via-Geometrie vorausgesetzt) bei ca. 400MHz bzw 750MHz und "treffen" damit genau die störenden Strukturresonanzen. Mehr Details hierzu unter http://www.emv.biz/downloads/fachartike ... nsator.pdf

Zu 2.)
Wie kommen Sie zu der Aussage, dass der Kondensator bei 7kHz unter 100mOhm kommen mĂĽsste?
Luc
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Beitragvon bachofen » Mo, 03.05.2010 13:32

Besten Dank fĂĽr die Antwort!

Zu Punkt 2:

Irgendwie sind mir hier die Zahlen durcheinandergekommen. Richtig ist:

- bei 22uF sollte bei 7.2kHz eine Impedanz von 1Ohm entstehen
(resp. bei 72kHz 0.1Ohm) Xc = 1/(2 pi f C)

- in der Simulation kommt die Impedanz allerdings erst bei ca. 2.2MHz auf 1Ohm resp. bei 9MHz auf 0.1Ohm.

In diesem Bereich weichen die approximierten Werte und die Werte der Proben auch stark voneinander ab. Die approximierte Kurve scheint mehr oder weniger das Xc=1/(2pi f C) Verhalten wiederzugeben


Für mich ist dieses Verhalten weiterhin nicht erklärbar. Ich wäre deshalb für eine Erklärung dankbar.

Herzliche GrĂĽsse

Daniel
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Beitragvon Luc » Do, 03.06.2010 16:50

Hallo!

(nachfolgende Antwort ist allgemein gĂĽltig, genannte Zahlenwerte beziehen sich auf die von Ihnen eingereichte SILENT-Datei)

Grundsätzlich ist der Unterschied zwischen der sog. "Aproximation" und den "Probes" hauptsächlich darin zu sehen, dass die Probes auch die verteilten Eigenschaften der Struktur sowie alle im Design vorhandenen Komponenten (C-Gruppen, DC-Quelle) berücksichtigen. Die Approximation wertet hingegen nur die aktuell gewählte C-Gruppe im Zusammenspiel mit der DC-Quelle (und wenn aktiviert, mit der kapazitiven Aproximation des Flächensystems) aus.

Oder anders ausgedrückt: Im untersten Frequenzbereich (,wo weder die elektrische Länge der Struktur noch die i.d.R. recht kleine Kapazität des Flächensystems eine Rolle spielen) müssen Appproximation und Probe dasselbe anzeigen.

Deshalb Ihre berechtigte Frage: Warum gibt es eine erhebliche Abweichung?

Wenn Sie sich die Kurvengrafik ansehen, stellen Sie fest, dass sowohl Approx als auch Probe bei der untersten gerechneten Frequenz (hier 100Hz) denselben Wert (hier 2 Ohm (weil von Ihnen zur Verdeutlichung der Problematik so gewählt)) auswerfen. Während dann die Approximation den "richtigen kapazitiven Abschwung" macht, bleibt die Probe zunächst bei etwa 2 Ohm um dann erst deutlich höher im Frequenzbereich (hier bei 200-300kHz) zu kleineren Z-Werten hin abzufallen. *** In diesem Bereich ist die Kurve gestrichelt! ***. Damit zeigt SILENT an, dass dieser Bereich interpoliert wurde und der Fehler eine bestimmte Schranke überschrirtten hat. Und da liegt genau der Punkt: Tatsächlich stehen im Frequenzbereich 100Hz bis 10MHz nur zwei Z-Werte zur Verfügung, nämlich 100Hz und 10 MHz. Dies ergibt sich aus den von Ihnen gewählten Analyse-Parametern (Start: 100Hz, Stop 1GHz, Steps: 100, linear (logarithmisch nicht angekreuzt)). Betrachten Sie dieses Analyse-Ergebnis nun auf einer logarithmischen Frequenzachse, fehlt einfach die Auflösung!
Da die Approx-Kurve immer "on-the-fly" fĂĽr die aktuelle Frequenzachse gerechnet wird, taucht dieses Problem hier nicht auf.

Lösung also:
FĂĽr Betrachtungen auf der logarithmischen Frequenzachse unter Analyse>Parameter>[]logarithmisch anklicken!

Beste GrĂĽĂźe
Luc
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