Technologie PCB - Faire un PCB rapide Flip pour les composants RF

Avec un PCB (Printed Circuit Board) à faible coût, il est facile de concevoir une carte avec presque n'importe quel logiciel de Cao (même un logiciel gratuit) en quelques heures. Cela ne prend que deux jours pour terminer le prototype de planche sur votre bureau. De nombreux paquets ont de bonnes règles de conception. La plupart des fabricants de PCB peuvent produire des largeurs de ligne et des espacements de ligne aussi bas que 0006 pouces.

Cette précision ne pose aucun problème pour les circuits basse fréquence, mais les circuits RF nécessitent généralement 50 îlots de câblage pour fonctionner correctement. Les pièces sont de moins en moins volumineuses, mais les lois de la physique ne changent pas. Ainsi, la largeur de la ligne microruban sur les plaques prototypes de 0062 pouces d'épaisseur est de 0,11 pouce aujourd'hui, contre 0,11 pouce il y a 30 ans. Cependant, de nombreux composants SMT (Surface Assembly Technology) sont beaucoup plus petits que ceux de la génération précédente. Par conséquent, les panneaux bifaces à faible coût pour le prototypage RF ne semblent pas convenir aux petits composants SMT d'aujourd'hui.

Avec la structure cpwg (Ground coplanar Wave Guide), il est possible de réaliser 50 câblages RF sur un PCB. La structure cpwg peut produire la route désirée et sa largeur est inférieure à celle de la structure microruban.

La Feuille de cuivre mise à la terre sur la plaque supérieure est proche de la ligne microruban, ce qui augmente la capacité de la structure microruban. Pour compenser et maintenir l'ensemble de la structure à 50°, il est nécessaire de réduire la largeur du câblage central jusqu'à ce qu'il ait une inductance plus élevée.

Comment concevoir une structure cpwg pour un processus PCB rapide et à faible coût? De nombreuses calculatrices cpwg peuvent être trouvées sur Internet, mais lorsque l'espacement des couches est inférieur à 30% de la largeur de la route? À 50%, ces calculatrices échoueront car la hauteur du câblage de la Feuille de cuivre sur la carte devient un facteur important. Il augmente la capacité plus que ce que le calculateur suppose. Ces calculatrices conçoivent donc des routes qui ont une capacité trop élevée, réduisant leur impédance en dessous de 50 îlots. Ces formules remontent à la conception IC il y a de nombreuses années.

Les formules dans de nombreuses calculatrices ne peuvent plus être utilisées, car les PCB d'aujourd'hui sont intrinsèquement différents des circuits intégrés. La meilleure façon de concevoir correctement un cpwg avec un rapport de ligne centrale à pas étroit sur un PCB est d'utiliser un simulateur électromagnétique 3D complet. Cet exemple fournit des valeurs pour certaines structures communes.

En maintenant l'espacement minimum de câblage à 6 mils, j'ai simulé, fabriqué et testé une structure cpwg. Pour un matériau de PCB fr - 4 commun de 0062 pouces d'épaisseur, un câblage d'une largeur de 0032 pouces et d'un espacement de 0006 pouces est le plus proche de 50 îles. A 6 GHz, la perte de retour de la ligne routée est supérieure à 40 dB.

Ce schéma est supérieur à la méthode de câblage large de 0,11 pouce et est compatible avec les éléments SMT. L'élément SMT de taille 0603 et le connecteur SMA (Surface Mounted Assembly) de bord de carte commun peuvent parfaitement correspondre à ce fil. La figure 1 compare divers composants RF courants avec un PCB préparé. Pour les pièces dont les dimensions des plots sont supérieures à 0032 pouces de largeur de câblage, la compensation peut être effectuée en augmentant l'écart avec la masse de la plaque supérieure. Par exemple, l'augmentation de l'écart supérieur d'un pavé 0805 SMT à environ 0008 pouces et l'augmentation d'un pavé 1206 SMT à 0012 pouces peuvent empêcher la capacité excessive du pavé.

Pour respecter les règles générales de conception, j'ai tiré la Feuille de cuivre vers l'arrière de 0,01 pouce du bord de la carte posée sur le PCB de test. Cependant, ce type de connecteur pull - back et monté côté carte ajoute peu d'inductance à la conversion. Une broche épaisse au milieu du connecteur côté carte à la fin de la ligne ajoute une capacité supplémentaire pour fournir une compensation de capacité intégrée. En raccourcissant la broche à environ la moitié de sa longueur d'origine, il est possible d'obtenir une capacité à peu près équivalente pour équilibrer l'inductance de conversion.

La structure cpwg nécessite un plan de masse solide sous le câblage; Laisser une ouverture dans la couche inférieure sous le câblage de la couche supérieure ajoute une grande Inductance à la structure et réduit les performances à haute fréquence. De plus, il est nécessaire d'utiliser quelques trous de travers pour "coudre" le sol supérieur et le sol inférieur. Ces trous de suture ne doivent pas être placés plus d'un huitième de la longueur d'onde de la fréquence la plus élevée utilisée par le circuit. Notez que l'espacement de 0,1 pouce fonctionne bien à des fréquences supérieures à 10 GHz.

L'espacement des surpuits à la ligne centrale suit les mêmes règles d'espacement. On peut facilement disposer sur le câblage un nombre suffisant de perçages pour un fonctionnement normal.

S'il n'y a pas assez de surperforations, une petite mais rapide chute de 0,5 dB à 1 DB sera observée dans les caractéristiques de transmission de s21 au lieu d'une pente de perte linéaire avec la fréquence. Cet effet est immédiatement visible avec un vna (Vector Network Analyzer). Les mesures de la carte de test ont montré des pertes d'environ 0,25 DB / in à 3 GHz et 1 DB / in à 10 GHz, y compris les deux connecteurs bord de carte.

Si vous souhaitez connecter un périphérique SMT ou un ci avec des plots de moins de 0032 pouces de largeur, réduisez le conducteur central au besoin et Rapprochez - vous le plus possible de l'appareil. Si la discontinuité réelle est faible, son effet peut être négligé lorsque la fréquence n'est pas très élevée.