Tecnología de PCB - Fabricación de PCB de volteo rápido para componentes de radiofrecuencia

Con un PCB de bajo costo (placa de circuito impreso), se puede diseñar fácilmente una placa de circuito de casi cualquier software CAD (incluso software gratuito) en pocas horas. Solo se necesitan dos días para completar el prototipo de tablero en tu escritorio. Muchos paquetes de software tienen buenas reglas de diseño. La mayoría de los fabricantes de PCB pueden producir hasta 0006 pulgadas de ancho de línea y espaciamiento de línea.

Esta precisión no es un problema para los circuitos de baja frecuencia, pero los circuitos de radiofrecuencia generalmente requieren 50 conexiones de isla para funcionar correctamente. El volumen de la pieza es cada vez más pequeño, pero las leyes de la física no cambian. Así, el ancho de la línea de MICROSTRIP en la placa prototipo de 0062 pulgadas de espesor hoy es de 0,11 pulgadas en comparación con 0,11 pulgadas hace 30 años. Sin embargo, muchos componentes SMT (tecnología de montaje de superficie) son mucho más pequeños que la generación anterior. Por lo tanto, las placas de doble cara de bajo costo para prototipos de radiofrecuencia no parecen ser adecuadas para los pequeños componentes SMT de hoy.

Con la estructura cpwg (guía de onda coplanar a tierra), se pueden fabricar 50 cables de radiofrecuencia en pcb. La estructura cpwg puede generar el enrutamiento necesario y su ancho es menor que el ancho de la estructura de microstrip.

La lámina de cobre de tierra en el techo está cerca de la línea de microstrip, lo que aumenta la capacidad de la estructura de microstrip. Para compensar y mantener toda la estructura a 50 °, el ancho del cableado central debe reducirse hasta cierto punto para que tenga una mayor inducción.

¿¿ cómo diseñar una estructura cpwg para procesos de PCB de bajo costo y rápidos? ¿Se pueden encontrar muchas calculadoras cpwg en internet, pero ¿ cuando el espaciamiento de la formación es inferior al 30% del ancho de la ruta? Al 50%, estas calculadoras fracasarán porque la altura del cableado de la lámina de cobre en la placa de circuito se convierte en un factor importante. Aumenta la capacidad más de lo que la calculadora supone. Por lo tanto, las rutas diseñadas por estas calculadoras tienen un capacitor demasiado alto para reducir su resistencia por debajo de las 50 islas. Estas fórmulas se remontan al diseño del IC de hace muchos años.

Las fórmulas en muchas calculadoras ya no están disponibles porque los PCB de hoy son esencialmente diferentes de los ic. La mejor manera de diseñar correctamente cpwg con una relación de línea central de espaciamiento estrecho en el PCB es utilizar un simulador electromagnético tridimensional completo. Este ejemplo proporciona los valores de algunas estructuras comunes.

Manteniendo la distancia mínima de cableado en 6 milímetros, simulé, Fabriqué y probé una estructura cpwg. Para el material común de PCB FR - 4 de 0062 pulgadas de espesor, el cableado de 0032 pulgadas de ancho y 0006 pulgadas de distancia es el más cercano a 50 islas. A 6 ghz, la pérdida de eco de la línea de enrutamiento es superior a 40 db.

El esquema es superior al método de cableado de 0,11 pulgadas de ancho y es compatible con componentes smt. El componente SMT del tamaño 0603 y el conector común de borde de placa SMa (componente de montaje de superficie) pueden coincidir perfectamente con este cable. La figura 1 compara varios componentes comunes de radiofrecuencia con los PCB preparados. Para las piezas con un tamaño de almohadilla superior a 0032 pulgadas de ancho de cableado, se puede compensar aumentando la brecha con el suelo del techo. Por ejemplo, aumentar el hueco superior de la almohadilla SMT 0805 a aproximadamente 0008 pulgadas y aumentar la almohadilla del componente SMT 1206 a 0012 pulgadas puede evitar que la capacidad de la almohadilla sea demasiado grande.

Para cumplir con las reglas generales de diseño, tiré la lámina de cobre 0,01 pulgadas hacia atrás del borde de la placa de circuito colocada en el PCB de prueba. Sin embargo, este conector de tracción trasera e instalado en el lado de la placa añade una pequeña cantidad de inductores a la conversión. El PIN grueso en medio del conector del lado de la placa al final de la línea añade un capacitor adicional para proporcionar una compensación capacitiva incorporada. Al acortar el pin a aproximadamente la mitad de su longitud original, se puede obtener un capacitor aproximadamente equivalente para equilibrar la inducción de conversión.

La estructura cpwg necesita tener un plano de tierra sólido debajo del cableado; Dejar una apertura en la parte inferior debajo del cableado de la parte superior agregará una gran inducción a la estructura y reducirá el rendimiento de alta frecuencia. Además, es necesario utilizar algunos agujeros para "coser" el suelo superior e inferior. Tales orificios de sutura no se colocarán más de una octava parte de la longitud de onda de frecuencia más alta utilizada por el circuito. Tenga en cuenta que la distancia de 0,1 pulgadas funciona bien a una frecuencia superior a 10 ghz.

El espaciamiento desde el agujero de sutura hasta la línea central sigue las mismas reglas de espaciamiento. Es fácil colocar suficientes agujeros de paso para el funcionamiento normal en la línea de cableado.

Si no hay suficientes agujeros, en las características de transmisión de s21 se verá una disminución pequeña pero rápida de 0,5 dB a 1 db, en lugar de una pendiente de pérdida lineal con la frecuencia. Este efecto se puede ver de inmediato con VNA (analizador de red vectorial). Las mediciones de la placa de prueba mostraron que la pérdida a 3 GHz y 10 ghz, incluidos los dos conectores de borde de la placa, fue de aproximadamente 0,25 DB / in y 1 DB / in, respectivamente.

Si desea conectar un dispositivo SMT o un IC a una almohadilla de menos de 0032 pulgadas de ancho, reduzca el conductor central según sea necesario y esté lo más cerca posible del dispositivo. Si la continuidad real es pequeña, cuando la frecuencia no es muy alta, su impacto puede ser ignorado.