Noticias de PCB - Análisis del método de inyección de señal de PCB en placas de circuito impreso

El proceso de transmisión de energía de alta frecuencia de un conector concéntrico a una placa de circuito impreso (pcb) se llama generalmente inyección de señal y sus características son difíciles de describir. Debido a las diferentes estructuras de circuitos, la eficiencia de la transmisión de energía varía mucho. Factores como el material de PCB y su espesor y rango de frecuencia de trabajo, así como el diseño del conector y su interacción con el material del circuito, afectan el rendimiento. A través de la comprensión de diferentes configuraciones de inyección de señal y la revisión de algunos casos de optimización de métodos de inyección de señal de radiofrecuencia y microondas, se puede mejorar el rendimiento.

Lograr una inyección de señal efectiva está relacionada con el diseño. En general, la optimización de la banda ancha es más desafiante que la banda estrecha. Por lo general, a medida que aumenta la frecuencia, la inyección de alta frecuencia se vuelve más difícil y también pueden surgir más problemas a medida que aumenta el grosor del material del circuito y aumenta la complejidad de la estructura del circuito. diseño y optimización de la inyección de señal

La inyección de señal desde cables y conectores coaxales hasta placas de PCB de MICROSTRIP se muestra en la figura 1. La distribución del campo electromagnético (em) a través de cables y conectores concéntricos es cilíndrica, mientras que la distribución del campo em en el PCB es plana o rectangular. De un medio de comunicación a otro, la distribución del campo cambiará para adaptarse al nuevo entorno, lo que dará lugar a anomalías. El cambio depende del tipo de medio; Por ejemplo, si la inyección de señal va desde cables y conectores concéntricos hasta microstrips, guías de onda coplanares de tierra (gcpw) o líneas de banda. El tipo de conector de cable concéntrico también juega un papel importante.

La optimización incluye varias variables. Es útil conocer la distribución del campo em dentro del cable / conector concéntrico, pero el circuito de puesta a tierra también debe considerarse como parte del medio de transmisión. Suele ser útil lograr una conversión de resistencia suave de un medio de comunicación a otro. Comprender la resistencia capacitiva y la resistencia inductiva en las discontinuidades de resistencia puede permitirnos comprender el comportamiento del circuito. Si se puede realizar una simulación em tridimensional (3d), se puede observar la distribución de la densidad de corriente. Además, es mejor tener en cuenta la situación real relacionada con la pérdida de radiación. aunque el circuito de tierra entre el conector del transmisor de señal y el PCB no parece ser un problema y el circuito de tierra del conector al PCB es muy continuo, este no es siempre el caso. Suele haber una menor resistencia superficial entre el metal del conector y el pcb. También hay pequeñas diferencias en la conductividad eléctrica de los metales que conectan diferentes piezas con estas piezas en el taller de soldadura. A bajas frecuencias de radiofrecuencia y microondas, el impacto de estas pequeñas diferencias suele ser pequeño, pero a altas frecuencias tiene un gran impacto en el rendimiento. La longitud real del Circuito de puesta a tierra afectará la calidad de transmisión que puede lograr la combinación de conector y PCB dada.

Como se muestra en la figura 2a, cuando la energía electromagnética se transmite desde el pin del conector a la línea de señal del PCB de microstrip, el circuito de tierra de la carcasa del conector de retorno puede ser demasiado largo para la línea de transmisión de MICROSTRIP gruesa. El uso de materiales de PCB con constantes dieléctrico más altas aumentará la longitud eléctrica del Circuito de tierra, lo que agravará el problema. La expansión de la ruta puede causar problemas relacionados con la frecuencia, lo que a su vez conduce a diferencias locales en la velocidad de fase y la capacidad. Ambos están relacionados con la resistencia de la zona de transformación y tendrán un impacto en ella, lo que provocará una diferencia en la pérdida de eco. Idealmente, la longitud del Circuito de tierra debe minimizarse para que no haya anomalías de resistencia en el área de inyección de señal. Tenga en cuenta que el punto de tierra del conector mostrado en la Figura 2A solo existe en la parte inferior del circuito, que es el peor de los casos. Muchos conectores RF tienen pines de tierra en la misma capa que la señal. En este caso, la almohadilla de tierra también está diseñada en el pcb. la figura 2B muestra la Guía de onda coplanar fundamentada al circuito de inyección de señal de microstrip. Aquí, el cuerpo principal del circuito es un microstrip, pero el área de inyección de señal es una guía de onda coplanar fundamentada (gcpw). Las microstrips de emisión coplanar son útiles porque minimizan los bucles de tierra y tienen otras características útiles. Si se utilizan conectores con pines de tierra a ambos lados del cable de señal, el espaciamiento de los pines de tierra tendrá un impacto significativo en el rendimiento. Se ha demostrado que esta distancia afecta la respuesta de frecuencia.

En el experimento, se utilizaron conectores con diferentes distancias de puesta a tierra entre el puerto de guía de onda coplanar y otros componentes cuando la Guía de onda coplanar a la MICROSTRIP se basó en un laminado RO - 4350b de 10 mils de espesor de Rogers (véase la figura 3). La distancia de puesta a tierra del conector a es de aproximadamente 0030 "y la distancia de puesta a tierra del conector B es de 0064%. en ambos casos, el conector se transmite al mismo circuito.

El eje X indica la frecuencia, 5 GHz por división. El rendimiento es equivalente cuando la frecuencia de microondas es baja (menosde 5 ghz), pero cuando la frecuencia es superior a 15 ghz, el rendimiento de los circuitos con grandes intervalos de tierra se vuelve peor. Los conectores son similares y, aunque los diámetros de los pines son ligeramente diferentes entre los dos modelos, el diámetro de los pines del conector B es mayor y está diseñado para un material de PCB más grueso. Esto también puede causar diferencias de rendimiento. un método simple y eficaz de optimización de inyección de señal es minimizar el desajuste de resistencia en el área de transmisión de señal. El aumento de la curva de resistencia se debe básicamente al aumento de la inducción, mientras que la disminución de la curva de resistencia se debe al aumento de la capacidad. Para la línea de transmisión de MICROSTRIP gruesa que se muestra en la Figura 2A (suponiendo que la constante dieléctrica del material PCB sea baja, aproximadamente 3,6), el cable es mucho más ancho que el conductor interno del conector. Debido a las grandes diferencias de tamaño entre los cables del circuito y los cables de conexión, se producirán fuertes mutaciones capacitivas durante la transición. Por lo general, es posible reducir la brecha de tamaño que se forma en el lugar donde está conectado al pin del conector concéntrico adelgazando gradualmente el cable del circuito, reduciendo así las mutaciones capacitivas. Reducir el cable de PCB aumentará su inductor (o reducir su capacidad para compensar las mutaciones capacitivas en la curva de resistencia. hay que tener en cuenta el impacto en las diferentes frecuencias. las líneas de gradiente más largas son más sensibles a la baja frecuencia. por ejemplo, si la pérdida de eco es pobre a baja frecuencia y hay picos de Resistencia capacitiva, es más adecuado usar gradientes más largos Por el contrario, las líneas de gradiente más cortas tienen un mayor impacto en la Alta frecuencia.

Para las estructuras coplanares, los condensadores aumentarán cuando los planos de tierra adyacentes estén cerca. Por lo general, ajustando la distancia entre la línea de señal degradada y el plano de tierra adyacente, se ajusta el capacitor de inducción en el área de inyección de señal en la banda de frecuencia correspondiente. En algunos casos, las almohadillas de tierra adyacentes de las guías de onda coplanares son más anchas en una parte de la línea cónica para ajustar las bandas de frecuencia más bajas. Luego, el espaciamiento se vuelve más estrecho en la parte más ancha de la línea de gradiente y la longitud de la parte más estrecha no es larga para afectar la banda de frecuencia más alta. En general, la reducción del gradiente del cable aumenta la sensibilidad. La longitud de la línea de gradiente afectará la respuesta de frecuencia. Las almohadillas de tierra adyacentes que cambian las guías de onda coplanares pueden cambiar los condensadores. El espaciamiento de la almohadilla puede cambiar la respuesta de frecuencia, que juega un papel importante en los cambios en los condensadores.

La figura 4 proporciona un ejemplo simple. La figura 4a es una línea de transmisión de MICROSTRIP gruesa con una línea cónica delgada. La línea de pendiente del borde de la placa es de 0018 pulgadas de ancho (0,46 mm) y 0110 pulgadas de largo (2794 mm), Finalmente se convirtió en una línea de 50 islas de 0064 "(1626 mm) de ancho. en las figuras 4b y 4c, la longitud de la línea de gradiente se acortó. se seleccionaron conectores terminales que se podían rizar en el lugar, pero no se soldaron, por lo que se utilizó el mismo conductor interno en cada caso. la línea de transmisión MICROSTRIP tiene 2" (50,8 mm) de largo y un ro4350b de 30 mm (0,76 mm) de espesor. El circuito de microondas está en una placa laminada, con una constante dieléctrica de 3,66. En la figura 4a, la curva azul indica una pérdida de inserción (s21), que fluctúa mucho. Por el contrario, el s21 en la figura 4c tiene la menor volatilidad. Estas curvas muestran que cuanto más corta es la línea de gradiente, mayor es el rendimiento.

Quizás la curva más ilustrativa de la figura 4 muestra la resistencia de cables, conectores y circuitos (curva verde). El gran pico delantero en la figura 4a indica el puerto del conector 1 conectado al cable concéntrico, y otro pico en la curva indica el conector en el otro extremo del circuito. Debido al acortamiento de la línea de gradiente, la fluctuación en la curva de Resistencia disminuye. La mejora de la coincidencia de resistencia se debe a que las líneas grises en el área de inyección de señal se vuelven cada vez más anchas y estrechas; Una línea de gradiente más ancha reduce la inducción. podemos aprender más sobre el tamaño del Circuito en el área de inyección de un excelente diseño de inyección de señal 2. El circuito también utiliza la misma placa y el mismo grosor. A través de la experiencia del uso de la figura 4, la Guía de onda coplanar al circuito de MICROSTRIP produce mejores resultados que la figura 4. La mejora más obvia es eliminar el pico de inducción en la curva de resistencia. De hecho, esto se debe a algunos picos de inducción y valles de condensadores. Utilice la línea de gradiente correcta para minimizar el pico de inducción y utilice el acoplamiento de almohadillas de tierra coplanares en el área de inyección para aumentar la inducción. La curva de pérdida de inserción de la figura 5 es más suave que la de la figura 4c, y la curva de pérdida de eco también se ha mejorado. Los resultados del ejemplo que se muestra en la figura 4 son diferentes para los circuitos de MICROSTRIP que utilizan materiales de PCB con mayor constante dieléctrica o diferentes espesores, o para los que utilizan diferentes tipos de conectores. la inyección de señal es un problema muy complejo que se ve afectado por muchos factores diferentes. Este ejemplo y estas guías están diseñados para ayudar a los diseñadores a comprender los principios básicos.