Die Modellierung einer Broadside Coupled Differential Struktur ohne Masse

Betrachten Sie die folgende Broadside Coupled Differential Struktur.

Abbildung 1

Da die Leiter mit gleichen Signalen, jedoch gegenpolig beaufschlagt werden, ist das elektrische Feld bei jedem äquidistanten Punkt zwischen den Leitern 0 V (in der Mitte zwischen +V und -V). Wir können dies zu unserem Vorteil nutzen, da diese virtuellen Punkte äquidistant zu jeder Leiterbahn liegen und somit eine virtuelle Masselage formen. Die virtuelle Masse wird in Abbildung 2 unten gezeigt.

Abbildung 2

Die Si6000b enthält keine entsprechende Struktur wie oben, jedoch eine Surface Microstrip Struktur wie in Abbildung 3 unten, welche exakt der halben Struktur wie oben entspricht.

Abbildung 3

Die Leiterbahn in Abbildung 3 entspricht der oberen Leiterbahn in Abbildung 2 und die Bezugslagen sind identisch. Dreht man nun die Abbildung 3 um 180 Grad, so entspricht diese der unteren Leiterbahn in Abbildung 2. Beachten Sie die Bedeutung von H in den drei Abbildungen.

Die Impedanz des differentiellen Leiterpaars in Abbildung 1 entspricht genau der Impedanz in Abbildung 2, welche wiederum dem doppelten Impedanzwert der Surface Microstrip in Abbildung entspricht.  (In Abbildung 1 und Abbildung 2 werden beide Signalleitungen mit der Spannung +V und -V angesteuert. Die Gesamtspannung ist daher +V-(-V)= 2V und daher doppelt so groß wie in Abbildung 3). Der Strom ist jedoch gleich, daher ist die Impedanz doppelt so groß.  

Um nun die differentielle Impedanz in Abbildung 1 zu ermitteln, berechnen wir die Impedanz von Abbildung 3 und verdoppeln diese. Der Si6000b Quick Solver ist für diesen Zweck ideal geeignet, wie in Abbildung 4 gezeigt wird.

Abbildung 4

Die Impedanz der abgebildeten Surface Microstrip beträgt 50 Ohm, die Impedanz der Broadside Coupled Differential Pair Struktur beträgt daher zwei mal  50 Ohm = 100 Ohm. Beachten Sie die Bedeutung von H in diesem Zusammenhang.

Suchen Sie nach virtuellen Masselagen zwischen differentiellen Leiterbahnen und prüfen Sie, ob ein entsprechendes unsymmetrisches Modell für die Berechnung adaptiert werden kann. Die virtuelle Masselage ist ein Hilfsmittel und es ist uns uns nicht immer bewusst, dass diese zwischen zwei im Gegentakt betriebenen Leiterbahnen existiert. Dieser Zusammenhang ist oft erst auf den zweiten Blick erkennbar - prüfen Sie, ob die virtuelle Masse zu Ihrem Vorteil eingesetzt werden kann.

Beachten Sie die Flexibilität des Si6000b Quick Solvers in Bezug auf die verschiedenen Maßeinheiten. Si6000b verarbeitet selbst gemischte Maßeinheiten. So können zum Beispiel einige Abmessungen in Mil und der Rest in Mikron eingegeben werden. 

Beachten Sie auch die EXCEL-Tabelle und die Grafik unten, welche die Auswirkungen von Geometrieänderungen auf die Impedanz verdeutlicht.

In diesem Beispiel wird mit dem Polar Si6000b Excel Interface eine Surface Microstrip Struktur modelliert. Es wird gezeigt, wie sich die Impedanz mit der Leiterbreite und der Laminatdicke ändert. Für unsymmetrische Strukturen ist dieser Zusammenhang noch einfach. Bei differentiellen oder koplanaren Strukturen sind die Zusammenhänge jedoch wesentlich komplexer und ohne einem grafischen Kalkulator wie der Si6000b unmöglich vorherzusagen.    

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