Die Beeinflussung der Feldverteilung durch die Distanz einer Leiterbahn zur Bezugslage  


 Applikationsschrift 174

Wenn Leiterbahnen sehr nahe aneinander liegen, so können die Signale auf den beiden Leiterbahnen interferieren. Dieser Effekt wird als Übersprechen bezeichnet. Das Maß des Übersprechens auf eine benachbarte Leitung wird von der Interferenz mit dem benachbarten elektrischen Feld bestimmt. Die Minimierung der Überlappung elektrischer Felder führt zu einer Minimierung des Übersprechens und stellt maximale Signalintegrität sicher.  

Die Feldverteilung um die Leiterbahn wird wesentlich durch den Abstand zwischen Leiterbahn und Bezugslage beeinflusst.

Beispiel Surface Microstrip  

Die Beispiele in dieser Applikationsschrift betreffen Single Endes Surface Microstrip und Stripline Strukturen.

Bei der Surface Microstrip breitet sich das elektrische Feld und dessen Äquipotentiallinien wesentlicher weiter in die umliegende Luft (mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante) aus als im darunterliegenden Substrat.  

Die drei Diagramme zeigen, wie das elektrische Feld um eine Leiterbahn deutlich reduziert werden kann, indem der Abstand zur Bezugslage verringert wird. Die drei Bilder zeigen zehn Äquipotentiallinien mit identischer Spannungsabstufung - die Leiterbahn weist z.B. +1V auf, die Linien sind jeweils 0.1V voneinander entfernt.


Abbildung 1:Die Verteilung des Feldes im Dielektrikum und in der Luft.
Die Dicke des Dielektrikums = 500 µm
Er = 4.5

Abbildung 2:Die Verteilung des Feldes im Dielektrikum und in der Luft
Die Dicke des Dielektrikums = 250 µm
Er = 4.5

 

Abbildung 3:Die Verteilung des Feldes im Dielektrikum und in der Luft
Die Dicke des Dielektrikums = 125 µm
Er = 4.5

 
Die Abbildung unten zeigt die äquipotentiale Spannungsverteilung einer Single Ended Stripline Struktur bei verschiedenen Er-Werten. Die Spannungsverteilung wird von den darüber- und darunterliegenden Bezugslagen beeinflusst. 


Abbildung 4: Die Äquipotentialverteilung einer Struktur mit Mehrfach-Dielektrika:
Dicke des Dielektrikums über der Leiterbahn = 500 µm
Dicke des Dielektrikums unter der Leiterbahn = 250 µm
Niedriges Er über der Leiterbahn
Mittleres Er unter der Leiterbahn

 

Abbildung 5: Die Äquipotentialverteilung einer Struktur mit Mehrfach-Dielektrika:
Dicke des Dielektrikums über der Leiterbahn = 500 µm
Dicke des Dielektrikums unter der Leiterbahn = 250 µm
Höheres Er über der Leiterbahn
Mittleres Er unter der Leiterbahn

 
Es gibt keinen signifikanten Unterschied in der Potentialverteilung zwischen den beiden Strukturen. Der Einfluss durch das Dielektrikum wird durch die Nähe zu den Bezugslagen kompensiert.  

Eine alternative Betrachtung der gleichen Situation kann durch die Untersuchung der elektrischen Feldstärke erfolgen..  

Darstellung der Feldstärke einer Surface Microstrip mit einfachem Dielektrikum:
Dicke des Dielektrikums = 250 µm
Er  = 4.5

In der Abbildung oben wird die Stärke des elektrischen Feldes grafisch durch die relative Größe der Pfeile dargestellt. Beachten Sie die Intensität des Feldes in der unmittelbaren Umgebung der Leiterbahn.  

 

Darstellung der Feldstärke in einer Struktur mit Mehrfach-Dielektrikum:

Dicke des Dielektrikums über der Leiterbahn = 500 microns
Dicke des Dielektrikums unter der Leiterbahn = 250 microns

Wie oben beschrieben, kann der Einflussbereich reduziert werden, indem der Abstand zur Bezugslage verringert wird.  
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