Комментарии 25
Спасибо, отличный сериал статей! Пожалуйста, публикуйтесь еще, тематика актуальна, а изложение более чем доступно.
Неизбежно возникает практический вопрос о номинале такого конденсатора.
На высокой частоте паразитная индуктивность его выводов уже играет бОльшую роль, чем его ёмкость.
На высокой частоте паразитная индуктивность его выводов уже играет бОльшую роль, чем его ёмкость.
Это безусловно так. Ввиду того, что реактивное сопротивление конденсатора падает с ростом частоты, а реактивное сопротивление индуктивности с ростом частоты увеличивается, то два графика этих величин обречены пересечься.
Но.
Во-первых сам параметр ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) достаточно часто не приводится с документации. И абсолютно точно фильтра по ESL нет в классификаторах Mouser и Digikey. То есть осмысленный выбор по данному параметру произвести не получится.
Во-вторых, у меня стойкое подозрение, что ESL в первую очередь зависит от размеров и геометрии контактов конденсатора и будет приблизительно одинаков для различных номиналов с одним и тем же типом корпуса. То есть, если габариты предусматривают 0402, то выбрать ESL не получится в принципе.
В-третьих, так как реактивное сопротивление (ёмкостное ли, индуктивное ли) будет в любом случае, важно понимать, какое значение мы считаем за ноль. В ряде статей (раз, два) для конденсаторов поверхностного монтажа значение ESL указывается (причём в очень общем) где-то от 0,5нГн до 2нГн. Если мы примем ESL как 1нГн, то для 100МГц реактивное сопротивление составит 0,63 Ома. Да, ёмкостная составляющая при данных условиях будет сильно меньше. Однако, считаем ли мы 0,63 Ома нулём?
В-четвёртых, переход в середине линии на другой слой, причём со сменой напряжения опорного полигона, причём сигнал, передающийся по данной линии имеет частоту за 1ГГц - это достаточно экзотическое мероприятие. Вообще, так лучше не делать :)
Я всё к тому, что говоря буквально - вы, разумеется, правы. И я рад, что вы написали данный комментарий. Однако, ответу на напрашивающийся вопрос "какой номинал конденсатора выбрать для сшивки полигонов?" в первом приближении лучше, как мне кажется, обойтись без упоминания про ESL.
Спасибо за подробный ответ!
Можно наверно ещё дополнить, что конденсатор для сшивки полезен ещё когда референсом является полигон питания а не земли, или если есть разрыв опорного слоя под сигналом.
Ммм. Конденсатор для сшивки будет полезен всегда, когда при переходе сигнальной линии со слоя на слой, постоянное напряжение старого опорного полигона (референса) отличается от постоянного напряжения нового опорного полигона (строго говоря, полигоны с разным напряжением могут быть и в одном слое и их границу также может пересекать какая-нибудь сигнальная линия, но это - детали). Это может быть как переход "земля->питание", так и "питание->земля" или даже "питание№1->питание№2". То есть старый и новый опорные полигоны надо как-то соединить для прохождения возвратного тока, но при этом не устроить короткое замыкание. Но если представить (теоретически возможный, но практически не встречавшийся мне) переход опорных полигонов "питание-питание", то там конденсатор не нужен.
В случае же разрыва полигона с одним и тем же постоянным напряжением, теоретически, конечно, можно соединить его стороны и при помощи конденсатора. Но зачем? Если это просто разрыв и постоянное напряжение полигона при переходе не меняется (то есть это один и тот же полигон), то соединив стороны разрыва (рядом с переходом сигнальной линии), скажем, нулевым резистором или парой переходных отверстий и короткой дорожкой, мы, очевидно, сможем пропустить возвратный ток и при этом не вызовем короткого замыкания. Использование конденсатора в таком случае будет лишним, только если оно не обосновано какими-либо особыми соображениями.
В стандарте IEC на волноводы конечно не будет "компланарного волновода", также как и коаксиального волновода и тому подобного. Потому что последние являются линиями передачи но не волноводами в классическом понимании этого определения:)
В стандарте IEC на волноводы конечно не будет "компланарного волновода" также как и коаксиального волновода и тому подобного
Не совсем вас понял. В тексте статьи нет никакого "стандарта на волноводы". Зато в ней упоминается «IEC-60050 International Electrotechnical Vocabulary» - "международный словарь электротехнических терминов". Точнее, его раздел №726 "Transmission lines and waveguides" - "линии передачи и волноводы". Причём в самом разделе как раз есть определение "coaxial line" и, к примеру, "microstrip".
Поясните пожалуйста свой комментарий.
Извините "стандарт" я конечно неправильно использовал. Но мой комментарий главным образом о том что волноводами называют линии передачи в который рапространяющаяся волна является результатом интерференции отражений от стенок волновода. В компланарных или полосковых линиях такого нет - поэтому они и не волноводы. Все касается вашей ремарке "Однако поиск словосочетания «coplanar waveguide» в данном разделе, внезапно, выдаёт ноль совпадений."
На самом деле, ваш изначальный комментарий весьма показателен как пример и хотелось бы, чтобы мы с вами его разобрали, если вы не против.
Я бы предложил зафиксировать ряд моментов:
Никакого "стандарта на волноводы" в статье нет, хотя вы написали, что есть.
В разделе "Линии передачи и волноводы" имеется определение коаксиальной линии, хотя вы написали, что его "там не будет".
По ГОСТу термин "копланарная линия" пишется без буквы "М", хотя вы пишете его как "коМпланарная линия".
Теперь собственно о "coplanar waveguide". Несмотря на то, что линию (передачи) в англоязычной терминологии называют "transmission line", а "waveguide" действительно переводится, как "волновод", в случае нестандартизированного англоязычного термина для копланарной линии гораздо чаще применяется именно словосочетание "coplanar waveguide". К примеру, в упоминавшемся калькуляторе "Saturn PCB", этот тип линии обозначен, как "coplanar wave". Кроме того по точному совпадению "coplanar waveguide" Гугл находит 387000 упоминаний, а по запросу "coplanar transmission line" - 21700. То есть "coplanar waveguide" - это именно копланарная линия.
У меня абсолютно нет намерения лично вас в чём-либо уличать. Но мне любопытен сам феномен появления подобных постов. Поэтому, если вам не трудно, могли бы вы провести некоторую рефлексию и написать, что вас подтолкнуло к написанию первоначального поста, написанного в весьма категоричной форме, но почти полностью состоящего из заблуждений? И что вы почувствовали, когда оказалось, что написанное вами практически полностью не отражает реальность? Я был бы вам очень благодарен и признателен за честный и откровенный ответ.
Вопрос к автору. Вы приводите графики напряжения для разных линий. В каком ПО рассчитывали?
В MicroCap, он бесплатный. Вот здесь я написал небольшой туториал, как им пользоваться в контексте решаемых в данном цикле задач.
очень интересно спасибо! всегда мечтал об этом узнать!
Огромнющее спасибо за такой "фундаментал".
Очень интересный материал, спасибо.
Единственный момент, который я не очень понимаю в вашем изложении. Про путь возвратного тока и его "удлинение".
"Как же тогда на высоких частотах возможно удлинить путь возвратного тока по сравнению с путём прямого тока?"
По сути, добавив разрез в полигоне под сигнальной дорожкой вы ведь не удлиняете путь возвратного тока, а наоборот укорачиваете, чтоб на больших частотах путь соответствовал пути на низких частотах.
Кроме того, я лично не очень понимаю почему надо делать именно так... Ведь если посмотреть на приведённый рисунок рамочной антенны как раз наоброт получается, что когда возвратный ток образует "рамку" с прямым током должна образовываться антенна, а когда он течёт рядом с прямым будет линия. Хотелось бы более внятного объяснения этого вопроса.
Как же тогда на высоких частотах возможно удлинить путь возвратного тока по сравнению с путём прямого тока?
Данный фрагмент мне и самому не вполне нравился. Но тут семантическая проблема. С одной стороны нельзя сказать, что разрыв в полигоне - это естественное явление типа града или засухи. Или случайность в духе автомобильной аварии. То есть переход/разрыв - это умышленное действие. С другой стороны это действие всегда является вынужденным и негативным, поэтому его влияние приходится дополнительно компенсировать.
Я думаю, менее двусмысленным вариантом будет такое:
Возможна ли ситуация, когда на высоких частотах длина пути прямого и возвратного тока окажется разной? Да, как минимум в двух случаях: или при переходе сигнальной дорожки со слоя на слой или при прохождении дорожки над прорезью в земляном полигоне.
Далее я вас не понял:
По сути, добавив разрез в полигоне под сигнальной дорожкой вы ведь не удлиняете путь возвратного тока, а наоборот укорачиваете
Почему?
Ну вы же сами пишете.
Как можно видеть, если на низких частотах возвратный ток течёт по кратчайшему пути, то с ростом частоты он начинает течь вдоль сигнальной линии
Т.е. на высоких частотах у вас путь длинный становится. Добавив разрез под дорожкой вы этот путь вернёте к тому виду который был на низких частотах - от контакта к контакту напряму, т.е. сделаете путь короче.
Если вырез позволяет возвратному току обойти его и вновь "прилипнуть" к сигнальной линии, то возвратный ток сделает именно так. Технически, полигон именно П-образной линии можно рассечь таким образом, что путь возвратного тока действительно станет короче, чем путь прямого. Однако сама П-образная линия - это скорее некая демонстрационная модель. В реальных же устройствах в большинстве случаев сигнальные линии и разрезы под ними таковы, что путь возвратного тока по сравнению с путём прямого тока именно удлиняется.
Ну окей. Но вопрос почему в таком случае расхождение путей не вызывает дополнительное излучение - открыт.
Если пути совпадают, то излучения быть не должно, т.к. электрические и магнитые поля должны друг друга компенсировать. А если пути не совпадают, как раз должно быть излучение. Где ошибка в этой логике?
расхождение путей не вызывает дополнительное излучение
процитируйте место в статье, где вам кажется, что написано именно это.
У меня ощущение будто вам кажется что я к вам придираюсь, тогда как я пытаюсь понять что имеется ввиду, а вы, похоже и сами не понимаете.
У вас написано:
"любое разделение прямого и возвратного токов (даже без образования разности путей) создаёт аналог рамочной антенны, негативно сказывающийся на электромагнитной совместимости устройства"Если ухудшение электромагнитной совместимости не означает лишнее излучение, я даже право не знаю как это трактовать вообще.
Не вполне понимаю, как из приведённой цитаты
любое разделение прямого и возвратного токов (даже без образования разности путей) создаёт аналог рамочной антенны, негативно сказывающийся на электромагнитной совместимости устройства
...вы делаете вывод, что
расхождение путей не вызывает дополнительное излучение
Могу лишь предположить, что вы трактуете слово "даже" каким-то странным образом. Если так - попробуйте прочитать данный отрывок в таком виде:
любое разделение прямого и возвратного токов (как с образованием разности путей, так и без образования этой разности) создаёт аналог рамочной антенны, негативно сказывающийся на электромагнитной совместимости, то есть генерирует электромагнитное излучение.
Что-то мне кажется что статья в принципе некорректна по методике моделирования и измерений. Приведу несколько аргументов:
В принципе мерой согласования цепи могут быть либо ее S параметры, либо КСВ/КБВ. Все эти временный диаграммы напряжения в разных точках не информативны и не гарантирую какого либо согласования.
У Вас даже на рисунках входное сопротивление приемника 1 МОм, следовательно линия вообще не согласована, от слова совсем. В таком виде не важен даже особо кусок 20 Омной вставки.
Ну пережить измерение длин линий в наносекундах еще можно, но вот не указывать частоту при которой проходят измерения это вообще некорректно. На 50 Мгц при таких вводных вы вообще влияния никакого н увидите, а на 50 ГГц в принципе мы уже сможем различить неоднородности металлизации отверстия.
Введение понятия возвратного тока и утверждение о необходимом равенстве длин цепей... Есть такая штука как несиммтеричная линия или фидер, полосок или коаксиал сам по себе несимметричная линия, у коаксиала вообще к. укорочения центрального провода и оплетки отличается и ничего, он прекрасно работает и согласуется.
мерой согласования цепи могут быть либо ее S параметры, либо КСВ/КБВ. Все эти временный диаграммы напряжения в разных точках не информативны
Мерой согласования является коэффициент отражения, который определяется, как отношение амплитуды отраженного сигнала к амплитуде падающего сигнала. Все представленные временные диаграммы, технически, позволяют его определить (если очень хочется), а также показывают именно то, что увидит инженер, если подключит щуп осциллографа к линии в указанных точках и несут информацию про амплитуду отражённого сигнала на приёмнике, которая определяет перейдёт ли триггер Шмитта во входном буфере цифровой микросхемы в новое состояние или нет (то есть воспримет ли цифровая микросхема пришедшее отражение как сигнал или нет).
У Вас даже на рисунках входное сопротивление приемника 1 МОм, следовательно линия вообще не согласована
Линия согласована на стороне источника. Для односторонней передачи цифровых сигналов через single-ended линию без развилок это необходимое и достаточное условие. К слову, любая линия, которая упирается в затвор полевого транзистора (из которых состоят логические элементы внутри микросхем, а также, зачастую, входные/выходные буферы), упирается, по сути, в 100МОм.
но вот не указывать частоту при которой проходят измерения это вообще некорректно
Учитывая, что вы едва ли найдёте в таблицах характеристик даташита на любую память DDR4 (не говоря уже про какую-нибудь 16-битную SRAM) какой-либо частотный параметр, указанный в МГц или в ГГц, не вижу в этом никакой проблемы.
у коаксиала вообще к. укорочения центрального провода и оплетки отличается
Приведите пример документации (содержащей данную характеристику) на какой-либо коаксиальный кабель, чтобы читатели увидели характерный масштаб данного коэффициента.
Согласование импедансов: переходные процессы и переходные отверстия