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Special|Steckverbinder Kabel www markttechnik de Nr 43 2022 30 frequenz-Launches muss die Dielektrizitätskonstante von Harz und Glas niedrig sein und den gleichen Wert aufweisen So wird die niedrigstmögliche Dielektrizitätskonstante um das Via herum gewährleistet – und damit auch die höchste Grenzfrequenz Der Tabelle lässt sich entnehmen dass Grenzfrequenzen oberhalb von 90 GHz Bohrungsdurchmesser unter 0 005 Zoll und Dielektrizitätskonstanten unter 3 1 erfordern Die Werte in dieser Tabelle können als nützlicher Ansatz und grobe Richtlinie bei der Auslegung von HF-Launches dienen In Bild 3 ist der strukturelle Aufbau eines Launch-Vias mit den umgebenden Massevias dargestellt Der grün eingefärbte Teil der Vias stellt den Bereich dar den die Signalenergie durchlaufen sollte Da die GND-Vias durchkontaktiert sind erstrecken sie sich weiter nach unten als die Bezugsschicht der Bahn um unterhalb der Signalbezugsschichten Wellenleiterstrukturen zu bilden Der Steckverbinder sendet Energie in den koaxialen Anteil des Launches die sich als Signalenergie durch die Streifenleitung fortpflanzt Allerdings bilden die GND-Vias unterhalb der Bahnbezugsschicht einen Rundhohlleiter unter dem Signal-Via Bild 3 Zusätzlich werden mehrere rechteckige Vias durch parallele Lagen und per Stitching eingebrachte GND-Vias unterhalb der Leiterbahnbezugslage berücksichtigt Der Rundhohlleiter und die Rechteckhohlleiter unter der Bahn sind keine transversalen Elemente Das bedeutet dass sich unterhalb der Grenzfrequenz f cutoff hier keine Energie ausbreiten kann In Bild 4 ist das E-Feld im Launch unter f cutoff links und über f cutoff rechts zu sehen Unterhalb f cutoff bleibt die Energie innerhalb der Streifenleitungslagen im Rundhohlleiter unter dem Signal-Via kann sich keine Energie ausbreiten Und genau das soll erreicht werden Allerdings kann sich über f cutoff im Rundhohlleiter jetzt Energie fortpflanzen und Energie von der die Streifenleitung entlanglaufenden TEM-Mode abziehen – und einen Teil dieser durch die rechteckigen Kavitäten unterhalb der Leiterbahnbezugslage senden Das ist nicht gewünscht weil sich die Energie durch die Kavitäten der Lage in andere Leiterplattenbereiche ausbreiten und Übersprechen Strahlung und weitere unerwünschte Effekte verursachen kann Für einen leistungsfähigen und breitbandigen Launch ist es daher oberste Priorität unterhalb der Grenzfrequenz zu bleiben Rückflussdämpfung verringern Ein Weg um die guten Eigenschaften zu gewährleisten und die Rückflussdämpfung zu verringern ist die Gestaltung der Via-Stubs Wenn die Energie über eine Durchkontaktierung zu einer Innenlage geführt wird bildet der verbleibende Teil des Vias unterhalb der Innenlage einen Stub Je höher die Bandbreite desto stärker wirkt sich dieser Stub auf die Leistung aus Die Auswirkung des Stub ist am größten bei einer Frequenz bei der die Stub-Länge einem Viertel der Wellenlänge entspricht Bild 1 Obwohl f 0 die Frequenz mit der größten Auswirkung ist beginnt der Stub den Signaldurchgang durch das Via bereits wesentlich früher zu beeinflussen weil er eine zusätzliche Kapazität im Launchbereich darstellt Eine übliche Strategie zur Minimierung der Auswirkungen durch Via-Stubs ist das Backdrilling also das Aufbohren bzw Wegnehmen der für die Signalübertragung nicht genutzten Teile der Durchkontaktierungen Unglücklicherweise bleibt immer ein Rest-Stub übrig In Bild 5 sind 16 Kurven für die jeweiligen Stublängen von 0 bis 15 mils 0 bis 0 015 Zoll dargestellt Je kürzer die Stub-Länge desto besser das Rückflussdämpfungsverhalten im Frequenzverlauf In einer detaillierten Analyse der Bandbreitenauswirkungen von Stubs zeigt Bild 6 diejenige Frequenz bei der die Rückflussdämpfung 15 dB beträgt VSWR 1 4 Bitte beachten Die Kurve verläuft nichtlinear wobei größere Stub-Längen einen stärkeren Abfall bei der Bandbreite des Via-Übergangs bewirken und bei kürzeren Stub-Längen die Bandbreitenverringerung relativ unerheblich ist Daher wirken sich kurze Rest-Stubs und enge Toleranzen sehr vorteilhaft auf die Betriebsbandbreite des Launch aus und sorgen für eine steigende Wahrscheinlichkeit dass sich alle Launch-Bereiche der Leiterplatte ähnlich verhalten Bild 2 Die dielektrische Konstante in Leiterplatten hängt von der Richtung des Signals ab Grenzfrequenz von Moden höherer Ordnung als Funktion von Bohrungsdurchmesser und ε R Es gilt zu beachten dass Grenzfrequenzen oberhalb von 90 GHz Bohrungsdurchmesser von unter 0 005 Zoll und Dielektrizitätskonstanten unter 3 1 erfordern Bild 3 Der konstruktive Aufbau von Signalund GND-Vias des Launch links und eine Konzeptzeichnung der verschiedenen Konstruktionsteile der Launchstruktur rechts Bild 4 Die E-Feld-Verläufe im Launch unter f cutoff links und über f cutoff rechts Bild 5 Die Stub-Länge wirkt sich erheblich auf die Rückflussdämpfung aus Die roten Linien im Diagramm repräsentieren längere Stublängen bis 15 mil mit höheren Rückflussdämpfungen Bild 6 Auswirkungen von Via-Stubs verschiedener Länge auf die Bandbreite