Комментарии 48
Пусть 20 мм линии с волновым сопротивлением в 50 Ом располагается на первом слое, а оставшиеся 20 мм на третьем
Встречались ли вам в реальности проекты с подобным строением линии передачи?
Встречались ли вам не просто линии передачи, а радиочастотные тракты с подобным строением?
Подчеркивается необходимость реализации вычисления первичных и вторичных параметров
Кто конкретно у вас отвечает за этот официоз?
В статье представлен частный случай. Он был выбран таким, чтобы было проще и удобней показать влияние переходного отверстия на сигнал. Линии передачи с отверстием встречаются часто. Если говорить про радиочастотные тракты, то их чаще делают без отверстий. И здесь проблема в том, что инженер не моделирует ситуацию, а просто считает, что отверстие приведет к серьезным потерм. Может быть так и будет, а может и нет. Возможно, если поуправлять парамтерами перехода то его наличие не приведет к серьезным последствиям и устройство будет выполнять свои функции в полной мере. Статья как раз и призывает принимать решения ориентируясь не только на свой опыт, но и используя анализ, моделирование.
Линии передачи с отверстием встречаются часто.
Мой вопрос был не про принципиальное наличие отверстий - понятно, что они есть на платах - а именно про такую конфигурацию, где переходное отверстие отстоит от концов линии на расстояние бОльшее, чем, скажем 10% от общей длины линии.
Если говорить про радиочастотные тракты, то их чаще делают без отверстий.
Я бы призвал в тред @Leka_engineer, чтобы послушать. что скажет она на этот счёт. Но по моему субъективному, претенциозному и не особо компетентному именно в СВЧ мнению, радиочастотные тракты не то, чтобы чаще, а всегда делаются без переходных отверстий.
---
Я вижу в этой статье не вполне здоровое для электротехнического сообщества явление.
Для кого она?
- Для инженеров СВЧ?
Но у них, если и будут переходные отверстия, так в упор с концами линии передачи.
- Для инженеров, проектирующих высокоскоростные цифровые интерфейсы?
А зачем им все эти ЛАЧХ? Нет, серьёзно. Что ЛАЧХ сможет сказать о том, пройдёт ли сигнал от PCIe или от DDR5 по линии передачи без искажений? Такие вещи смотрятся во временной области на глазковой диаграмме. А во всех статьях, подобных вашей, как бы подразумевается уровень такой гуруподобности, при котором переходы от частотной области к временной и обратно производятся в уме.
Я вижу две категории интересантов таких статей.
Первая - это разработчики/продавцы софта для симуляции:
- Что бы нам такое показать покупателям?
- А покажите им S-параметры переходного отверстия.
- Зачем?
- Ну так, просто. Типа, стайл. Типа, графики... ну картинки - это же всегда приколько, да?
Вторая - это слегка сошедшие с ума электронщики, которые начитавшись таких статей бредут в сообщество, чтобы накидать умных терминов и отцедить немного общественного уважения.
Про отверстия...Вы видимо редко сталкиваетесь с проектированием печатных плат, либо разрабатываете очень простые, где литературное размещение фанаутов не составляет труда. Если плата плотная и размещение компонентов выполняется на двух сторонах, то рекомендуемое учебниками размещение отверстий не работает. Межслойный переход может находиться в любом месте. Здесь инженер сам принимает решение исходя своего опыта, знаний или моделирования, если такое имеет место быть. В статье особое значение, месту переходного отверстия не отводится. Мы могли его разместить в любом другом. Смысл статьи показать влияние отверстия.
Про радиочастотные тракты...совершенно неверное утверждение. Да, лучше, чтобы отверстий не было, но это не всегда реализуемо (посмотрите сложные, плотные RF печатные платы, возможно их картинки вы найдете в интернете). На ВЧ платах часто присутствуют экраны, а сигналы необходимо гонять через стенки экранов. И здесь инженер решает сам, что лучше, сделать вырез в экране или разместить переходное отверстие. В своей практике мы с такими случаями сталкиваемся очень часто. Инженер сам решает, что выбрать. Категоричное всегда - неверно. Бывают случаи, когда проводник даже без отверстий недопустим и тогда на плате размещают кабель.
Для кого статья? Действительно, а для кого? Для любого кто бездумно применяет переходные отверстия, ориентируясь только на технологические нормы изготовителя. В литературе мы все видем, что инженеру, как правило, рекомендуют контролировать импеданс для треков на печатной плате, забывая, что трек это не единственный топологический примитив. Отверстие, в некоторых случаях, способно существенно понизить качество сигнала. Из практики, переходное отверстие, без которого никак не обойтись, пришлось рассверливать и пускать через него кабель, чтобы добиться необходимых параметров. Только после расчета параметров отверстия и подгонки их под необходимый импеданс ситуацию удалось исправить.
Почему S параметры? Потому что...Мы легко могли взять цифровой сигнал и показать его диградацию на определенных скоростях при наличии переходного отверстия. Можно показать оба варианта. Но это все об одном. Так что S параметры, потому что S параметры.
По поводу разработчиков софта. Мы и есть разработчики, сотрудники компании ЭРЕМЕКС, разрабатываем модуль SimPCB, который входит в Delta Design. Сейчас там появилась возможность считать емкость, индуктивность и импеданс переходного отверстия. У инженеров будет больше инструментов для того, чтобы делать более качественные устройства.
Про гуру...Нет...никто из нас не считает себя гуру, мы все в процессе познания, но вот кто-то, судя по комментариям таковым себя считает :). Мы обязательно следующую статью согласуем с Вами и разместим только после Вашего одобрения :)
Еще раз...основной посыл статьи, напомнить разработчикам, что есть такой топологичский примитив, как отверстие и его параметры тоже было бы неплохо контролировать. Вот и все! Месту расположения отверстия при моделированию не отводилось особое значение. Нужно было показать, что оно влияет и все.
Из практики, переходное отверстие, без которого никак не обойтись, пришлось рассверливать и пускать через него кабель, чтобы добиться необходимых параметров.
Какой порядок частот был у сигнала в кабеле?
Почему S параметры? Потому что...Мы легко могли взять цифровой сигнал и показать его диградацию на определенных скоростях при наличии переходного отверстия
Ну и как деградировал бы сигнал, например, от DDR4-3200 (или схожий цифровой сигнал), пропусти мы его через такое отверстие? "Как-то деградировал бы", да )
Мы обязательно следующую статью согласуем с Вами и разместим только после Вашего одобрения :)
Зря иронизируете ))) На Хабре-то вы графики и текст технически могли бы поправить. А что вы сделаете со статьёй, напечатанной в Современной электронике 5/2024, перепостом которой является настоящая статья? )
Я вот свои статьи всегда даю почитать сначала одному-двум знакомым, а потом - платному корректору.
Ничего здесь страшного нет. Тенденции все верные. Да, есть несколько опечаток. Выводы правильные. На будущее будем более внимательными.
Тенденции все верные.
Тенденция заключается в том, что согласно симуляции, приведённой вами в статье, переходное отверстие практически не оказало влияния на прохождение (S21) сигнала.
А значит, по логике, симуляцией переходных отверстий до 10ГГц можно не заниматься.
Как это согласуется с выводом статьи про то, что...
Проведенный анализ показывает, что при проектировании высокочастотных устройств возникает необходимость рассчитывать, контролировать и управлять первичными параметрами межслойного перехода.
?
Изменения есть...все зависит от конкретного случая. Я могу создать только отверстие со стабом 1мм, моделировать только его и показать, что изменений вообще нет в широком диапазоне частот и прийти к выводу, что учитывать переход не стоит. И это будет неверно.
Изменения есть
Какие изменения? Изменения на 2,7%?
Я могу создать только отверстие со стабом 1мм, моделировать только его и показать, что изменений вообще нет в широком диапазоне частот
Вы примерно так и сделали :)
Вы выбрали условия, при которых пристально вглядываясь в графики можно различить, что...
в первом расчете S21 составляет менее 2дБ, а при наличии отверстия более
...при этом отличаясь от тех самых 2дБ на весьма малую величину.
А потом написали, что "все зависит от конкретного случая".
Почему в статье не были приведены те самые конкретные случаи, при которых рассматриваемые эффекты проявляли себя наиболее ярко?
Вам не кажется это нелогичным?
Вы просто хотите все и сразу...широкое исследование...но мы такую цель не ставили. Говорим, что в некоторых случаях переход нужно учитывать, все... и говорим, где это можно сделать, все:)
Вы просто хотите все и сразу...широкое исследование...
Что мешало продлить ось частоты до 40ГГц и показать, на какой частоте наличие отверстия повлияет на S21 действительно радикальным образом?
Что мешало поменять диаметр отверстия в два раза, пересимулировать дорожку и продемонстрировать третью пару ЛАЧХ?
Где здесь "всё и сразу", где здесь "широта исследования"?
В статье представлен частный случай. Он был выбран таким, чтобы было проще и удобней показать влияние переходного отверстия на сигнал. Линии передачи с отверстием встречаются часто. Если говорить про радиочастотные тракты, то их чаще делают без отверстий. И здесь проблема в том, что инженер не моделирует ситуацию, а просто считает, что отверстие приведет к серьезным потерм. Может быть так и будет, а может и нет. Возможно, если поуправлять парамтерами перехода то его наличие не приведет к серьезным последствиям и устройство будет выполнять свои функции в полной мере. Статья как раз и призывает принимать решения ориентируясь не только на свой опыт, но и используя анализ, моделирование.
Прикол )))))
Коэффициент S11 у трассы на всем частотном диапазоне не превышает -25 дБ, а S21 2дБ на частоте 10 ГГц.
Числовые отметки по вертикальной оси (оси ординат) идут так: 0, -10, -20, -30 и так далее.
Между соседними числовыми отметками по пять делений.
То есть одно деление - это 2дБ
Мы видим зелёную линию S21, опустившуюся к 10ГГц примерно на одно деление.
То есть на 2дБ.
Пока всё верно.
Из графика видно, что с увеличением частоты S11 возрастает и на 10 ГГц составляет -15 дБ. S21 на максимальной частоте имеет значение около 4дБ. Результат значительно отличается от линии передачи без отверстия.
Числовые отметки по вертикальной оси идут так: 0, -5, -10, -15 и так далее.
Между соседними числовыми отметками также по пять делений.
То есть одно деление теперь это не 2дБ, а 1дБ
Мы видим зелёную линию S21, опустившуюся к 10ГГц примерно на два деления.
То есть на... те же самые 2дБ.
Не соглашусь, что результат значительно отличается от линии передачи без отверстия )))
Люблю когда в пределах одной темы все графики приведены к одному масштабу. А то сиди и всматривайся какой из случаев лучше или хуже.
За данный комментарий благодарю. Шкалу система автоматически перестроила, а я видимо значение деления взял из прошлого расчета. Прошу прощения у всех, кто читает и будет читать эту статью. В первом расчете S21 составляет менее 2дБ, а при наличии отверстия более. Это видно из графиков. Возможно мне не стоило их размещать вместе, тогда было бы наглядней, были бы видны небольшие колебания. Но и о том, что разница есть можно судить по коэффициенту S11
В первом расчете S21 составляет менее 2дБ, а при наличии отверстия более. Это видно из графиков. Возможно мне не стоило их размещать вместе, тогда было бы наглядней, были бы видны небольшие колебания. Но и о том, что разница есть можно судить по коэффициенту S11
Понятно, что наличие неоднородности всегда "как-то" влияет. Но. Вы бы и сами могли найти эту ошибку, как раз посмотрев на график S11.
Что означает -25дБ? Что отражается 0,3% мощности.
Что означает -15дБ? Что отражается 3% мощности.
Теперь возвращаемся к S21/ Какая разница в децибелах между 99,7% и 97,0%? Да практически никакой )))
На Хабре есть фундаментальная статья Тюнинг переходных отверстий печатных плат. И там вполне чётко говорится, что:
На рисунке 4 изображён огромный резонанс на частотах около 24 ГГц. Мы можем сделать вывод, что, если наш сигнал работает на частоте 2–3 ГГц, мы можем себе позволить не устранять стаб [длиной 1,2мм, прим.], поскольку в пределах 7 гармоник «всё спокойно».
10ГГц - не совсем та частота, на которой переходные отверстия становятся острой проблемой. Но этот миф об "ужасных переходных отверстиях, которые обязательно-обязательно надо симулировать" ваша статья транслирует вполне чётко.
Показаны тенденции. Потери есть, с увеличением длинны линии потери будут расти. Никто не ставил задачу в статье показать, как все ужасно. Цель показать влияние и призвать инженеров учитывать параметры отверстий для ВЧ сигналов. Еще раз...мы не рассматриваем какой то конкретный практический случай. По поводу статьи, представленной Вами, тамрасчеты выполнены в полар и сатурн. Сатурн использует обычные аналитические формулы, а переходное отверстие в поларе расчитывается как коаксиальный кабель. Возьмите систему 3D моделирования и сравните. Разница будет существенная.
Показаны тенденции
Ну, вообще-то, нет. Не показаны.
Вы просто показали, что отверстие как-то влияет на прохождение сигнала.
Что с этим делать? Что будет, если мы увеличим диаметр отверстия на 50%? Будет хуже, будет лучше, будет также?
У вас же просто:
У нас есть наш симулятор. Зацените, он симулирует прохождение сигнала через отверстие.
Ну круто. Наверное.
Причём, забавно, у вас есть табличка, в которой сопоставлены геометрические и электрические параметры отверстий. И вы, предположу, были в шаге от того, чтобы щёлкнуть на кнопку "Симулировать" и получить для каждого варианта свои ЛАЧХ. Но...
Но, я думаю, что если бы вы так сделали, то стало бы очевидно, что раз сам факт наличия отверстия практически не сказывается на S21, то и тюнинг этого отверстия не будет сказываться на S21 ))))))
Потери есть, с увеличением длинны линии потери будут расти.
А сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Правильно, мы говорим, что влияет и этого достаточно, чтобы инженер задумался о необходимости контроля параметров отверстия...не всегда, а только там, где это уместно. нееее...мы пока до сигналов не добрались:)
Аа. У вас это разнесено. Тогда - ладно.
Честно, я-то вообще рад, что Eremex развивает свою линейку продуктов. Что появляются новые симуляторы. Даже если они будут хуже условного ADS, они как в поговорке "На то и щука, чтобы карась не дремал". Это всё исключительно позитивные явления для индустрии, на мой взгляд.
Но вот это рекламный ход "А давайте посимулируем отверстие", меня с него просто бомбит. Это, во многом, личное. Поэтому я иногда достаточно нервно реагирую. Но, думаю, и вы (пускай где-то и внутри себя) признаёте, что этот ход, вообще говоря, пустотел, непрактичен и сугубо рекламен.
За данный комментарий благодарю. Шкалу система автоматически перестроила, а я видимо значение деления взял из прошлого расчета. Прошу прощения у всех, кто читает и будет читать эту статью. В первом расчете S21 составляет менее 2дБ, а при наличии отверстия более. Это видно из графиков. Возможно мне не стоило их размещать вместе, тогда было бы наглядней, были бы видны небольшие колебания. Но и о том, что разница есть можно судить по коэффициенту S11
S11 на всем частотном диапазоне не превышает -22 дБ, а на максимальной частоте составляет -42 дБ
Ошибка? Что за максимальная частота.
Это частный случай конечно же, при набеге фазы минимумы сместятся по частоте.
Вопреки мнению комментатора выше, в СВЧ переходные отверстия встречаются совсем не редко. Иногда применяется "нырок" СВЧ полоска между двумя слоями земли, дабы обеспечить большее экранирование. Такие ситуации лучше моделировать.
Иногда применяется "нырок" СВЧ полоска между двумя слоями земли, дабы обеспечить большее экранирование.
Прямо посредь линии или же всё-таки максимально близко к её началу?
К одному из концов, например выход усилителя или около разъёма. Но это не означает, что делая такой переход близко к другой неоднородности проблем с согласованием станет меньше.
Предполагаю переход сделан посередине лишь с целью равенства S11 и S22. Если уж цепляться, то к стэку в 3 слоя :) Не встречал нечётную симметричную структуру PCB, поэтому я указал "между двумя слоями земли". Но и здесь думаю всё та же причина: S11=S22.
Если уж цепляться, то к стэку в 3 слоя :) Не встречал нечётную симметричную структуру PCB, поэтому я указал "между двумя слоями земли". Но и здесь думаю всё та же причина: S11=S22.
Это-то как раз понятно. Это сделано, чтобы не морочиться с возвратным током. Типа, он течёт по среднему слою независимо от того, где дорожка - сверху или снизу.
Иногда применяется "нырок" СВЧ полоска между двумя слоями земли, дабы обеспечить большее экранирование.
Именно поэтому, я бы с куда бОльшим интересом почитал бы про симуляцию "нырка".
Во-первых, это был бы сугубо практический кейс, с понятным назначением, конкретной аудиторией и реальными примерами.
Во-вторых, потому, что там как раз придётся перекидывать землю между слоями. И думаю, именно это перекидывание (а не переходное отверстие в дорожке) вызовет бОльшую часть проблем.
По поводу нырка...потери сильно будут зависеть от того насколько хорошо связаны между собой плоскости GND. Для снижения потерь необходимо ставить отверстия по GND рядом с сигнальным отверстием. Подобную ситуацию мы моделировали, но ничего не публиковали.
Для снижения потерь необходимо ставить отверстия по GND рядом с сигнальным отверстием.
Это-то понятно. Но как именно ставить, в каком количестве, на каком расстоянии? Здесь есть где разгуляться тюнингу/регулировке/подгонке. Вот это-то интересно было бы почитать.
В случае же с отверстием у нас из параметров, по сути, два диаметра. Причём мы не вольнЫ изменить их значения хотя бы на порядок - там, где было отверстие 0,3мм, сделать его, скажем, 3мм (сами же говорили про плотную компоновку, двусторонний монтаж и тому подобное).
Как написал @flammable, важно насколько рядом. VIA в окружении земляных отверстий можно представить как коаксиальный кабель: располагая отверстия ближе-дальше, варьируя шаг и диаметр будет изменяться волновое сопротивление. Так что в лоб максимально близко располагать не стоит.
Отдельно стоит отметить, что такой диэлектрик далёк от равномернрсти параметров по объему в отличие от фторопласта в коаксиалах. Ну и на концах отверстий где подводятся полоски свои неоднородности как вы писали
Прошу прощения, опечатка -37дБ, на 10 ГГц
Выбор отверстий и площадок кажется несколько странным. Хотелось бы увидеть результаты для "предельных" вариантов:
1. диаметр отверстия 0.3мм/площадка 0.6мм.
2. диаметр отверстия 0.2мм/площадка 0.4мм.
К тому же, многие производители рекомендуют установку двух переходных "земляных" отверстий, но это не всегда возможно из за конструктивных и топологических особенностей печатной платы. Интересно было бы увидеть, на сколько ухудшаются характеристики при отступлении от этих рекомендаций?
отверстия выбирались такими, чтобы получить результат максимально близкий к линии без отверстия.
Сперва...
Проведем подобный расчет для проводника с отверстием. Пусть 20 мм линии с волновым сопротивлением в 50 Ом располагается на первом слое, а оставшиеся 20 мм на третьем.
<...>
Рассмотрим случай, когда антипад равен размеру площадки отверстия. Такое исполнение межслойного перехода позволит сохранить полигон целым под всей трассой. Пусть диаметр отверстия составляет 0.6 мм, а площадки 1.0 мм.
...затем...
...и наконец
отверстия выбирались такими, чтобы получить результат максимально близкий к линии без отверстия.
Эээ. Чего? Что вообще здесь происходит? )))
Максимально близким к линии было бы вот такое отверстие:
:) мы эту программу знаем и изучали ее при разработки солвера. Хотели проверять по ней наши расчеты. Она считает неверно!!! Попробуйте создать отверстие и его емкость совпадет с коаксиальным кабелем, то есть краевые эфекты не учитываются. Здесь только Ansys, либо наш солвер:). Зачем Вы вводите в заблуждение людей? Показываете софт и даже не знаете как он считает. Прежде чем использовать калькулятор ознакомтесь с методом расчета. Вы такого можете нарекомендовать. Неправильный подход.
Она считает неверно!!!
Это прекрасно. Она может не биться с вашей программой на проценты или даже на десятки процентов.
Вопрос в другом: почему вы сначала выбираете отверстие 0,6мм/1,0мм,
затем показываете в таблице, что это "худший случай",
а затем в комментарии пишете, что "отверстия выбирались такими, чтобы получить результат максимально близкий к линии без отверстия"?
Где здесь логика?
И если быть вообще точным, то в вашем расчете не учитываются проводники над антипадом. Часть линии вы просто не рассматриваете. В статье я пишу, что отверстие рассматривается с проводниками над антипадом.
В этой статье не было цели проверить "предельные" варианты. Дать оценку влияния расчета переходного отверстия в линии передачи, так как большинство инженеров не уделяют им должное внимание - об этом указанно в самом начале статьи!
То что вы предлагаете рассмотреть это важный и интересный кейс, и мы обязательно его рассмотрим по мере развития модуля SimPCB в составе Delta Design. Мы идем от простого к сложному и мы заинтересованы именно показывать примеры данного САПР, но с доказательной базой в сравнении с другими значимыми САПРами для анализа целостности сигнала.
Дать оценку влияния расчета переходного отверстия в линии передачи, так как большинство инженеров не уделяют им должное внимание
Из результатов, приведённых в статье следует, что это влияние минимально.
Это же является причиной, по которой большинство инженеров не уделяют внимание расчётам переходных отверстий.
Всё логично :)
По поводу оценки влияния переходных отверстий на прохождение цифрового сигнала я некоторое время назад написал статью, в которой привёл как результаты симуляции, так примеры конструкции серийных печатных плат и практические измерения параметров сигнала на тестовой плате, изготовленной для стати.
Мой максимально урезанный вывод - при работе с высокоскоростными цифровыми сигналами с битрейтами вплоть до единиц гигабит, симуляцией отверстий можно не заниматься.
Специально посчитал для отверстия 0.2/0.4. Вот результат
Линия без отверстия дает потери -1.8 дБ на 10 ГГц. Линия с отверстием -4.4 ГГц. Считайте потери на отверстии. Всё зависит от конкретного случая, как мы и говорим.
Классно, что вы решили отредактировать статью. Без шуток.
Но не-классно, что у вас по-прежнему прыгают числовые отметки на шкалах. Теперь появилась градация 12,5/25,0/37,5.
В отличие от казённого стиля повествования (которым написана ваша статья), характерного для печатных изданий, данный аспект вполне функционален: помогает как читателям, так и вам самим.
Кроме этого, вы пишете:
Пусть диаметр отверстия составляет 0.6мм, а площадки 1.0мм.
<...>
Из графика видно, что с увеличением частоты S11 возрастает и на 10 ГГц составляет -15 дБ. S21 на максимальной частоте имеет значение более 2 дБ.
<...>
Теперь оценим емкость и волновое сопротивление данного межслойного перехода.
Емкость данного перехода составляет 346 фФ, а импеданс 16 Ом.
Затем вы пишете
Уменьшим переходное отверстие. Пусть диаметр составляет 0.3мм, площадка 0.85мм и присутствует только на первом и третьем слое. В этом случае емкость будет 254 фФ, а импеданс 21 Ом. Коэффициенты S11 и S21 в зависимости от частоты для этого случая показаны на рисунке 10.
И вдруг - бабах!!!
Коэффициент S11 растет с увеличением частоты и при 10 ГГц составляет -23 дБ, S21 около 2.5дБ.
То есть вы поменяли геометрию отверстия,
её импеданс стал ближе к 50 Омам,
но S21 не улучшилось, а ухудшилось ))))
Вас это не покоробило?
Не настаиваю, но возможно, стоит взять паузу, выдохнуть, обдумать и написать всё по новой?
Мне очень приятно, что Вы так внимательно изучили нашу статью. Все ваши замечания мы конечно же учтем в дальнейших работах. Да в статье написано, что около 2.5 дБ, но около не означает равно. Если Вы посмотрите на график, то увидите, что значение меньше 2.5 дБ и оно меньше чем в первом случае.
По поводу шкалы, система автоматически выбирает цену деления, но согласен, удобно, когда она везде одинаковая
Ну вот скатились до стиля повествования :D
Ваше мнение конечно очень важно для нас, но в статье, что хотели сказать, мы сказали. И я думаю нас прекрасно все поняли :).
Оценка влияния и учет параметров переходного отверстия на передачу высокочастотного сигнала