В.А. Ухин, В.С. Кухарук, Д.С. Коломенский, О.В. Смирнова
В статье оценивается влияние переходного отверстия на потери сигнала в линии передачи. Оценка выполняется с помощью расчета коэффициентов S матрицы. Подчеркивается необходимость реализации вычисления первичных и вторичных параметров межслойного перехода непосредственно в САПР печатных плат.
Практически невозможно спроектировать современное электронное устройство без контроля емкости, индуктивности и импеданса линий передач. Это характерно для всех видов аппаратуры.
Когда говорят о линиях передачи, реализованных на печатной плате, то часто подразумевают опорный слой и проводник определенного поперечного сечения в среде диэлектрика (рис. 1) [1, 2].
На рисунке выше представлен "идеальный" случай, когда сигнальная линия размещена только на одном слое. Такая конфигурация не всегда реализуема, особенно на печатных платах высокой плотности (HDI). В HDI устройствах трасса, по которой распространяется высокочастотный сигнал, может располагаться на разных слоях и совершать переход через отверстия. Инженер контролирует параметры проводника, но игнорирует межслойный переход. Часто его выбирают из соображения технологичности и возможности размещения. В результате появляются искажения сигнала, так как линия становится несогласованной.
В статье оценим влияние межслойного перехода в линии передачи на потери, выполнив моделирование в модуле HFSS 3D Layout программы Ansys [3]. Проводник представим как двухпортовую систему (рис. 2) и вычислим коэффициенты S11, S21 для линии с отверстием и без него в частотном диапазоне от 1 ГГц до 10 ГГц.
Коэффициенты S11 и S21 рассчитываются по выражениям:
S11=b1/a1 при a2=0, (1)
S21=b2/a1 при a2=0, (2)
где а1 - напряжение падающей волны, b1 - напряжение отраженной волны, b2 - напряжение волны, вышедшей из Port 2.
Пусть длина линии составляет 40 мм, а импеданс 50 Ом. Структура печатной платы, для которой выполняется расчет, показана на рисунке 3.
Конструкция состоит из трех слоев. Сделано это специально для того, чтобы обеспечить один возвратный слой как для стороны Top, так и для стороны Bottom.
Рассмотрим случай, когда проводник располагается только на одной стороне печатной платы. Его ширина для соответствия импедансу в 50 Ом при диэлектрической проницаемости материала равной 4 составляет 0.88 мм. Модель для расчета представлена на рисунке 4.
Ниже показан (рис. 5) результат расчета.
Коэффициент S11 у трассы на всем частотном диапазоне не превышает -25 дБ, а S21 менее 2 дБ на частоте 10 ГГц.
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. Модель представлена на рисунке 6.
Коэффициенты S11 и S21 для линии передачи с межслойным переходом будут сопоставимы для линии без отверстия только в том случае, если импеданс перехода примет значение 50 Ом.
Отверстие, как неоднородность, можно представить в двух вариантах. Первый, единое целое, состоящие из отверстия и двух частей проводника без опорного слоя или с опорным (зависит от размера антипада) (рис. 7).
Второй, сумма неоднородностей, образованных непосредственно переходным отверстием и двумя частями проводника. При этом, если под частями трассы отсутствует опорный слой, то ее импеданс в этом месте будет выше 50 Ом. Соответственно, для согласования всей неоднородности волновое сопротивление самого межслойного перехода должно быть меньше 50 Ом.
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. Площадка на втором слое отсутствует. Данный переход можно встретить достаточно часто в проектах печатных плат. Результат расчета показан на рисунке 8.
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. Результат отличается от линии передачи без отверстия. В представленном случае разница небольшая, но ситуация может измениться в худшую сторону при других геометрических параметров отверстия и треков.
Теперь оценим емкость и волновое сопротивление данного межслойного перехода. Сделаем это в модуле Q3D Extractor программы Ansys [4]. Модель для расчета представлена на рисунке 9.
Емкость данного перехода составляет 346 фФ, а импеданс 16 Ом. Линия передачи не согласована, поэтому результат так отличается от первого расчета.
Уменьшим переходное отверстие. Пусть диаметр составляет 0.3 мм, площадка 0.85 мм 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.
Коэффициент S11 растет с увеличением частоты и при 10 ГГц составляет -23 дБ, S21 около 2.5 дБ. В сравнении с первым случаем, результат улучшился, так как увеличился импеданс неоднородности. Надо отметить, что дальнейшее повышение волнового сопротивления, при условии равенства размера антипада площадке, практически невозможно. Поэтому рассмотрим следующий случай.
Пусть диаметр отверстия составляет 0.6 мм, площадка 0.85 мм, антипад 1.5 мм. Площадка на втором слое у отверстия отсутствует. Рассчитаем емкость и волновое сопротивление модели (рис. 11).
Данная конструкция отличается от представленной на рисунке 9. Она включает в себя две части проводника, расположенные под антипадом. Емкость такой конструкции 297 сФ, импеданс 45 Ом. При этом импеданс только переходного отверстия составляет 25 Ом. Ниже показаны коэффициенты S11 и S21 (рис. 12).
Результат близок к линии передачи без отверстия, если не учитывать резонансных явлений, так как трасса получилась практически согласованной. S11 на всем частотном диапазоне не превышает -22 дБ, а на максимальной частоте составляет -37 дБ. Коэффициент S21 менее 2 дБ. В таблице 1 представлены результаты расчета для всех трех случаев.
Проведенный анализ показывает, что при проектировании высокочастотных устройств возникает необходимость рассчитывать, контролировать и управлять первичными параметрами межслойного перехода. Логично, если все вышеперечисленные операции будут выполняться в САПР печатных плат. В настоящее время данный функционал доступен в Delta Design. В инструменте SimPCB присутствует возможность расчета первичных и вторичных электрических параметров отверстия для двухслойной печатной платы. Анализ и управление топологическими примитивами, в том числе и межслойными переходами, приводит к снижению количества ошибок и повышению качества проектируемого изделия.
Список литературы
Методы расчета волнового сопротивления линий передач на печатных платах / В.А. Ухин, Д.С. Коломенский, В.С. Кухарук, О.В. Смирнова. - Современная электроника, №9/2023. - 40 стр.
Сравнение результатов расчетов волнового сопротивления линий передач на печатных платах. / В.С. Кухарук, Д.С. Коломенский, В.А. Ухин, О.В. Смирнова. - Современная электроника, №9/2023. - 43 стр.
Ansys. HFSS 3D Layout Help.
Ansys. Q3D Extractor Help.
Комментарии (48)
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29+1В 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Прикол )))))
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 2дБМы 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 1дБМы 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 )))
KstnRF
15.08.2024 13:29+2Люблю когда в пределах одной темы все графики приведены к одному масштабу. А то сиди и всматривайся какой из случаев лучше или хуже.
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29За 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
Flammmable
15.08.2024 13:29В 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.
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29Показаны 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Показаны 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.
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29Правильно, 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:)
Flammmable
15.08.2024 13:29+1Аа. 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.
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29За 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
KstnRF
15.08.2024 13:29S11 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Иногда применяется "нырок" СВЧ полоска между двумя слоями земли, дабы обеспечить большее экранирование.
Прямо посредь линии или же всё-таки максимально близко к её началу?
KstnRF
15.08.2024 13:29К 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Если 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.Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29По 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Для 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).
KstnRF
15.08.2024 13:29+1Как 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
chapt
15.08.2024 13:29Выбор 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?
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29отверстия выбирались такими, чтобы получить результат максимально близкий к линии без отверстия.
Flammmable
15.08.2024 13:29Сперва...
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:
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29:) 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Она 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?
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29читайте ниже...вы не учитываете проводники над антипадом...их необходимо рассматривать
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29И 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.
Skat-Pro Автор
15.08.2024 13:29В 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.Flammmable
15.08.2024 13:29Дать 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 :)
Flammmable
15.08.2024 13:29По 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.
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29+1Специально 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.
Flammmable
15.08.2024 13:29Классно, 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?
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29Мне 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
Viktor_Uhin
15.08.2024 13:29Ваше мнение конечно очень важно для нас, но в статье, что хотели сказать, мы сказали. И я думаю нас прекрасно все поняли :).
Flammmable
Встречались ли вам в реальности проекты с подобным строением линии передачи?
Встречались ли вам не просто линии передачи, а радиочастотные тракты с подобным строением?
Кто конкретно у вас отвечает за этот официоз?
Viktor_Uhin
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.
Flammmable
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.
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.
Viktor_Uhin
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.
Flammmable
Какой порядок частот был у сигнала в кабеле?
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 )
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.
Viktor_Uhin
Ничего здесь страшного нет. Тенденции все верные. Да, есть несколько опечаток. Выводы правильные. На будущее будем более внимательными.
Flammmable
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...
?
Viktor_Uhin
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.
Flammmable
Какие изменения? Изменения на 2,7%?
Вы примерно так и сделали :)
Вы выбрали условия, при которых пристально вглядываясь в графики можно различить, что...
...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?
Viktor_Uhin
Да, это можно сделать...но уже в других работах.
Viktor_Uhin
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:)
Flammmable
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"?
Viktor_Uhin
Там и без этого все понятно, но Ваши замечания обязательно учтем в своих дальнейших работах.