Berita PCB - Analisi kaedah suntikan isyarat PCB pada papan sirkuit cetak

Proses pemindahan tenaga frekuensi tinggi dari sambungan koaksial ke papan sirkuit cetak (PCB) biasanya dipanggil suntikan isyarat, dan ciri-cirinya sukar untuk dijelaskan. Efisiensi pemindahan tenaga bervariasi besar disebabkan struktur sirkuit yang berbeza. Faktor seperti bahan PCB dan ketinggian dan julat frekuensi operasi, serta rancangan konektor dan interaksi dengan bahan sirkuit akan mempengaruhi prestasi. Melalui pemahaman tetapan suntikan isyarat berbeza dan pemeriksaan beberapa kes optimizasi kaedah suntikan isyarat RF dan mikrogelombang, prestasi boleh diperbaiki.

Mencapai suntikan isyarat yang berkaitan dengan rancangan. Secara umum, pemoptimasi jangkauan lebar lebih mencabar daripada jangkauan sempit. Secara umum, suntikan frekuensi tinggi menjadi lebih sukar semasa frekuensi meningkat, dan ia juga mungkin mempunyai lebih banyak masalah semasa tebal bahan sirkuit meningkat dan kompleksiti struktur sirkuit meningkat. Rancangan suntikan isyarat dan optimasi

Injeksi isyarat dari kabel dan konektor koaksial ke papan PCB microstrip dipaparkan dalam Figur 1. Distribusi medan elektromagnetik (EM) melalui kabel koaksial dan konektor adalah silindrik, sementara distribusi medan EM dalam PCB adalah rata atau segiempat. Dari satu medium penyebaran ke yang lain, penyebaran medan akan berubah untuk menyesuaikan kepada persekitaran baru, yang menyebabkan anomali. Perubahan bergantung pada jenis medium; misalnya, sama ada suntikan isyarat adalah dari kabel dan sambungan koaksial ke microstrip, grounded coplanar waveguide (GCPW), atau garis strip. Jenis sambungan kabel bersamaan juga bermain peran penting.

Optimisasi melibatkan beberapa pembolehubah. Ia berguna untuk memahami distribusi medan EM di dalam kabel/sambungan koaksial, tetapi gelung tanah juga mesti dianggap sebagai sebahagian dari medium penyebaran. Ia biasanya berguna untuk menyedari penggantian impedance licin dari satu medium penyebaran ke yang lain. Memahami reaksi kapasitif dan induktif pada penghentian impedance membolehkan kita memahami perilaku sirkuit. Jika simulasi EM tiga-dimensi (3D) boleh dilakukan, distribusi densiti semasa boleh dilihat. Selain itu, lebih baik untuk mempertimbangkan situasi sebenar yang berkaitan dengan kehilangan radiasi. Walaupun gelung tanah antara sambungan penghantar isyarat dan PCB mungkin tidak seolah-olah menjadi masalah, dan gelung tanah dari sambungan ke PCB sangat terus menerus, ia tidak sentiasa berlaku. Biasanya ada perlawanan permukaan kecil antara logam konektor dan PCB. Terdapat juga perbezaan kecil dalam konduktiviti elektrik kedai tentera yang menyambung bahagian-bahagian yang berbeza dan logam bahagian-bahagian ini. Pada frekuensi RF dan microwave rendah, kesan perbezaan kecil ini biasanya kecil, tetapi kesan pada prestasi adalah besar pada frekuensi yang lebih tinggi. Panjang sebenar laluan kembalian tanah akan mempengaruhi kualiti pemindahan yang boleh dicapai dengan kombinasi sambungan dan PCB yang diberi.

Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 2a, apabila tenaga elektromagnetik dipindahkan dari pins sambungan ke wayar isyarat dari PCB microstrip, gelung tanah kembali ke rumah sambungan mungkin terlalu panjang untuk garis pemindahan microstrip tebal. Penggunaan bahan PCB dengan konstan dielektrik yang lebih tinggi akan meningkatkan panjang elektrik loop tanah, dengan itu memperburuk masalah. Sambungan laluan boleh menyebabkan masalah bergantung pada frekuensi, yang secara bertukar boleh menyebabkan kecepatan fasa setempat dan perbezaan kapasitasi. Kedua-dua berkaitan dengan impedance di kawasan pengubahan dan akan mempengaruhinya, yang menyebabkan perbezaan dalam kehilangan balasan. Idealnya, panjang gelung tanah sepatutnya dikurangkan sehingga tidak ada anomali impedance di kawasan suntikan isyarat. Sila perhatikan bahawa titik tanah sambungan yang dipaparkan dalam Figur 2a hanya wujud di bawah sirkuit, dan ini adalah kes terburuk. Banyak sambungan RF mempunyai pins tanah pada lapisan yang sama dengan isyarat. Dalam kes ini, pad tanah juga dirancang pada PCB. Figure 2b menunjukkan panduan gelombang koplanar mendarat ke sirkuit suntikan isyarat microstrip. Di sini, tubuh utama sirkuit ialah microstrip, tetapi kawasan suntikan isyarat ialah panduan gelombang koplanar (GCPW). Strip mikro emisi koplanar berguna kerana ia mengurangi loop tanah dan mempunyai ciri-ciri lain yang berguna. Jika anda menggunakan sambungan dengan pin tanah pada kedua-dua sisi wayar isyarat, ruang pin tanah mempunyai kesan yang signifikan pada prestasi. Ia telah dipaparkan bahawa jarak ini mempengaruhi balas frekuensi.

Apabila eksperimen dengan panduan gelombang koplanar ke microstrip berdasarkan laminat RO4350B tebal 10mil Rogers, digunakan konektor dengan jarak pendaratan yang berbeza antara port panduan gelombang koplanar dan bahagian lain (lihat Gambar 3). Pemisahan tanah bagi sambungan A adalah kira-kira 0.030", dan pemisahan tanah bagi sambungan B adalah 0.064". Dalam kedua-dua kes, sambungan dihantar ke sirkuit yang sama.

Paksi x mewakili frekuensi, 5 GHz per bahagian. Apabila frekuensi mikrogelombang lebih rendah (< 5 GHz), prestasi sama, tetapi apabila frekuensi lebih tinggi dari 15 GHz, prestasi sirkuit dengan pemisahan tanah yang lebih besar menjadi lebih buruk. Sambungan adalah sama, walaupun diameter pin kedua-dua model sedikit berbeza, diameter pin konektor B lebih besar dan direka untuk bahan PCB yang lebih tebal. Ini juga boleh menyebabkan perbezaan prestasi. Kaedah optimasi suntikan isyarat sederhana dan efektif adalah untuk mengurangi ketidakpadanan impedance dalam kawasan penghantaran isyarat. Permeningkatan lengkung impedance pada dasarnya disebabkan peningkatan indutan, sementara peningkatan lengkung impedance disebabkan peningkatan kapasitas. Untuk garis transmisi microstrip tebal yang dipaparkan dalam Figur 2a (menganggap konstan dielektrik bahan PCB rendah, kira-kira 3.6), wayar lebih lebar daripada konduktor dalaman konektor. Kerana perbezaan besar dalam saiz wayar sirkuit dan wayar konektor, mutasi kapasitif kuat berlaku semasa transisi. Biasanya mungkin untuk mengurangi mutasi kapasitif dengan secara perlahan-lahan menatap wayar sirkuit untuk mengurangi ruang saiz yang terbentuk di tempat di mana ia disambung dengan pin konektor koaksial. Menekatkan wayar PCB akan meningkatkan induktannya (atau mengurangkan kapasitasinya, untuk ofset mutasi kapasitatif dalam kurva impedance.Impak pada frekuensi berbeza mesti dianggap. Garis gradasi yang lebih panjang akan lebih sensitif kepada produksi frekuensi rendah. Contohnya, jika kehilangan kembalinya adalah lemah pada frekuensi rendah dan terdapat punca impedance kapasitatif pada masa yang sama, ia lebih sesuai untuk menggunakan garis gradien yang lebih panjang. Co sebaliknya, garis gradien pendek mempunyai kesan yang lebih besar pada frekuensi tinggi.

Untuk struktur koplanar, kapasitas akan meningkat bila pesawat tanah bersebelahan dekat. Biasanya, kapasitas induktif kawasan suntikan isyarat disesuaikan dalam band frekuensi yang sepadan dengan menyesuaikan jarak antara garis isyarat secara perlahan dan pesawat tanah bersebelahan. Dalam beberapa kes, pads tanah sebelah panduan gelombang koplanar lebih luas pada seksyen garis tapered untuk menyesuaikan band frekuensi lebih rendah. Kemudian, pitch menjadi lebih sempit dalam bahagian yang lebih luas garis gradasi, dan panjang bahagian yang lebih sempit tidak panjang untuk mempengaruhi band frekuensi yang lebih tinggi. Secara umum, kecemasan gradien wayar akan meningkatkan sensitiviti. Panjang garis gradien mempengaruhi balas frekuensi. Mengubah pads tanah sebelah panduan gelombang koplanar boleh mengubah kapasitasi. Penjarakan pad boleh mengubah balas frekuensi, yang bermain peran utama dalam perubahan kapasitasi. Kejadian

Figur 4 memberikan contoh sederhana. Figure 4a adalah garis transmisi microstrip tebal dengan garis panjang dan sempit tapered. Garis gradien adalah 0.018" (0.46 mm) lebar pada pinggir papan, 0.110" (2.794 mm) panjang, Dan akhirnya menjadi lebar garis 50 Ω 0.064" (1.626 mm) lebar. Dalam Figur 4b dan 4c, panjang garis gradien Dipendek. Sambung terminal yang boleh dipilih medan dan tidak ditetapkan, jadi konduktor dalaman yang sama digunakan dalam setiap kes. garis penghantaran garis mikro adalah 2" (50.8 mm) panjang dan diproses dalam RO4350B tebal 30mil (0.76 mm)? Sirkuit mikrogelombang pada laminat, konstan dielektrik adalah 3.66. Dalam Gambar 4a, lengkung biru mewakili kehilangan penyisihan (S21), yang banyak berkembang. Sebaliknya, S21 dalam Figur 4c mempunyai jumlah paling sedikit perubahan. Lengkung ini menunjukkan bahawa semakin pendek garis gradien, semakin tinggi prestasi.

Mungkin lengkung paling ilustrasi dalam Figure 4 menunjukkan impedance kabel, konektor, dan sirkuit (lengkung hijau). Tinggi gelombang maju besar dalam Figur 4a mewakili port sambungan 1 yang disambung ke kabel koaksial, dan puncak lain pada lengkung mewakili sambungan di ujung lain sirkuit. Perubahan pada lengkung impedance dikurangkan kerana pendekatan garis perubahan secara perlahan. Perbaikan persamaan impedance adalah kerana garis gradasi di kawasan suntikan isyarat semakin luas dan sempit; garis gradasi yang lebih luas mengurangkan induktan. Kita boleh belajar lebih banyak tentang saiz sirkuit kawasan suntikan dari rancangan suntikan isyarat yang baik 2. Sirkuit ini juga menggunakan papan yang sama dan tebal yang sama. Pemandu gelombang koplanar ke sirkuit microstrip, melalui penggunaan pengalaman Figure 4, menghasilkan kesan yang lebih baik daripada Figure 4. Perbaikan yang paling jelas adalah untuk menghapuskan puncak induktif dalam lengkung impedance. Sebenarnya, ini disebabkan oleh beberapa puncak induktif dan lembah kapasitif. Guna garis gradien yang betul untuk minimumkan puncak induktif, dan guna sambungan pad tanah koplanar di kawasan suntikan untuk meningkatkan induktif. Lengkung kehilangan penyisipan bagi Figur 5 adalah lebih lembut daripada yang bagi Figur 4c, dan lengkung kehilangan kembalian juga diperbaiki. Untuk sirkuit microstrip menggunakan bahan-bahan PCB dengan konstan dielektrik yang lebih tinggi atau tebal berbeza, atau sirkuit microstrip menggunakan jenis-jenis sambungan berbeza, keputusan contoh yang dipaparkan dalam Figur 4 berbeza. Injeksi isyarat adalah masalah yang sangat kompleks, terpengaruh oleh banyak faktor yang berbeza. Contoh ini dan panduan ini direka untuk membantu desainer memahami prinsip asas.