Der Grob- und Feinabgleich der Si8000
Applikationsschrift 170
Die Parameter von impedanzkontrollierten Strukturen
Obwohl grundsätzlich jeder Parameter veränderlich ist, sind einige Parameter innerhalb einer Struktur festgelegt und erfordern keine Zielsuche. Manche Parameter werden durch das verfügbare Material vorbestimmt. So ist z.B. die Leiterbahndicke T1 durch die gewählte Kupferfolie vorbestimmt. (obwohl die Kupferdicke an den Außenlagen durch das Aufkupfern weiter erhöht werden kann.
Die Dielektrizitätskonstante Er1 des Substrates ist eine Funktion des Glas/Harz-Gemisches (FR4 vorausgesetzt) und liegt im Bereich zwischen 3.8 und 5.0, wobei zwischen Materiallosen nur geringe Abweichungen auftreten sollten.
Die Dielektrizitätskonstante CEr ist eine Funktion des Lötstoplackes; in diesem Beispiel nehmen wir an, dass das Er für Kern und Lack identisch ist.
Weitere Parameter werden durch den Fertigungsprozess bestimmt: die Lackdicken C1 und C1 hängen von der Methode der Lackaufbringung (Lackvorhang, Sprühverfahren etc.) ab. Der Ätzfaktor der Signalleiter hängt vom Ätzprozess ab.
Die richtige Verwendung des Grob- und Feinabgleichs
Manche Parameter sind zwar variabel, unterliegen jedoch trotzdem gewissen Einschränkungen; so kann z.B. die Kerndicke , nur in vorgegebenen Inkrementalschritten verändert werden. Für diese Parameter ist es ausreichend, die Zielsuche mittels Grobabgleich und der damit verbundenen Zeitersparnis durchzuführen.
Andere Parameter wie z.B. die Leiterbreite W1 und W2 können als beliebig variabel betrachtet werden. Um die korrekten Werte mit höchster Genauigkeit zu ermitteln, verwenden Sie die Zielsuchfunktion mit Feinabgleich.
Die Zielsuche nach Parameterwerten
In dieser Applikationsschrift betrachten wir die Coated Microstrip 1B Struktur, eine Coated Microstrip mit einem einfachen Dielektrikum unter der Signalleitung. Das Coated Microstrip 1B Modell wird neben den Default-Parametern der Si8000 unten gezeigt.
Coated Microstrip mit einfachem Dielektrikum unter der Signalleitung
Stellen Sie sicher, dass das Interface auf Standard gesetzt ist (ohne Grenzwertberechnung um Zeit zu sparen - schalten Sie das erweiterte Interface nur ein, wenn Sie die Nominalwerte bereits erreicht haben) Dies gilt speziell für komplexere koplanare Strukturen, welche sehr hohe Rechenleistung erfordern.
Beginnen Sie mit der Eingabe der Parameterwerte, welche durch die verwendeten Materialien und den Herstellprozess definiert werden.
In diesem Beispiel belassen wir die Werte wie in der Abbildung oben. Klicken Sie auf die Schaltfläche Calculate um Zo zu berechnen. Die resultierende Impedanz sollte 71.12 Ohm sein. In diesem Beispiel fordern wir einen Wert möglichst nahe an 75 Ohm.
Die Ermittlung der Substratdicke
Zuerst benötigen wir einen Wert für die Kerndicke, welcher durch den Hersteller des Materials vorgegeben wird. Da der Wert H1 nicht beliebig verändert werden kann, wählen wir den Grobabgleich. Dies reduziert die Anzahl der Iterationsschritte bevor der Wert für die Kerndicke (H1) innerhalb akzeptabler Grenzen liegt.
Per Default ist die Anzahl der Iterationsschritte auf 20 gesetzt, der Wert für den Feinabgleich ist auf 0.01 Ohm gesetzt und der Wert für den Grobabgleich auf 2 Ohm gesetzt. Ändern Sie diese Werte um diese an die Applikation anzupassen.
Der Ätzfaktor (die Differenz zwischen W1 und W2) ist per Default auf 1 Mil gesetzt. Ändern Sie diesen Wert, um den gefertigten Endquerschnitt wiederzuspiegeln. (die Si8000 erlaubt sowohl positive als auch negative Flanken)
Die Si8000 Konfiguration
Um die Zielsuche nach der erforderlichen Höhe zu starten, geben Sie den Wert 75 Ohm in das Impedanzfeld ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Calculate neben dem Feld Substrate 1 Height. der resultierende Wert für H1 sollte 9.55 Mils sein. In diesem Beispiel ist die nächstgelegene Materialdicke 9.3 Mil. Die Berechnung von Zo mit diesem Wert für H1 ergibt einen Impedanzwert von 74.11 Ohm, ein Fehler von ca. 1 Ohm. Für die meisten Anwendungen ist dieser Fehler akzeptabel.
Die Ermittlung der Leiterbreite
Nachdem wir die Dicke des Dielektrikums nun festgelegt haben, ermitteln wir die erforderliche Leiterbreite um eine exakte Impedanz von 75 Ohm zu erzielen. Da die Leiterbreite beliebig variabel ist, setzen wird den Feinabgleich ein. Schalten Sie die Si8000 Convergence auf Fine.
Geben Sie den Wert 9.3 Mil in das Feld Substrate 1 Height und den Wert 75 Ohm in das Impedanzfeld ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Calculate neben den Feld Upper Trace Width.
W2, der Wert für Upper trace width ergibt 5.78 mils; bei einem Ätzfaktor von 1 ergibt dies für lower trace width den Wert von 6.78 Mil. Die resultierende Impedanz ergibt exakt 75 Ohm.
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