Teknik PCB - Membuat PCB pembukaan pantas untuk komponen RF

Menggunakan PCB dengan harga rendah (papan sirkuit cetak), mudah untuk merancang papan sirkuit dengan hampir sebarang perisian CAD (walaupun perisian bebas) dalam beberapa jam. Hanya perlu dua hari untuk menyelesaikan papan prototip di meja anda. Banyak pakej perisian mempunyai peraturan desain yang baik. Kebanyakan penghasil PCB boleh menghasilkan lebar garis dan jarak garis rendah 0.006 inci.

Ketepatan ini tidak mempunyai masalah dengan litar frekuensi rendah, tetapi litar RF biasanya memerlukan 50 Ω kawat untuk beroperasi secara biasa. Volum bahagian semakin kecil, tetapi undang-undang fizik tidak akan berubah. Oleh itu, garis microstrip pada papan prototip tebal 0.062 inci hari ini adalah lebar 0.11 inci, dibandingkan dengan 0.11 inci 30 tahun yang lalu. Namun, banyak komponen SMT (teknologi pemasangan permukaan) jauh lebih kecil daripada komponen generasi sebelumnya. Oleh itu, papan dua sisi dengan kos rendah yang digunakan untuk prototip RF nampaknya tidak sesuai untuk komponen SMT kecil hari ini.

Dengan menggunakan struktur cpwg (pemandu gelombang koplanar terendah), kawat 50 Ω RF boleh dibuat pada PCB. Struktur Cpwg boleh menghasilkan laluan yang diperlukan, dan lebarnya kurang daripada struktur microstrip.

Foil tembaga berdasar di papan atas dekat dengan garis microstrip, yang meningkatkan kapasitasi struktur microstrip. Untuk mengembalikan dan menjaga seluruh struktur pada 50 Ω, lebar kawat pusat mesti dikurangkan ke titik tertentu untuk membuat ia mempunyai induktan yang lebih tinggi.

Bagaimana untuk merancang struktur cpwg dengan proses PCB yang rendah dan pantas? Banyak kalkulator cpwg boleh ditemui di Internet, tetapi apabila ruang stratum kurang dari 30% lebar routing? Pada 50%, kalkulator ini akan gagal kerana tinggi laluan foil tembaga pada papan sirkuit menjadi faktor yang signifikan. Ia menambah lebih kapasitas daripada kalkulator anggap. Oleh itu, penghalaan yang direka oleh kalkulator ini mempunyai kapasitas yang terlalu tinggi, mengurangkan impedance kepada kurang dari 50 Ω. Formula ini boleh dikesan kembali ke desain IC beberapa tahun yang lalu.

Formula dalam banyak kalkulator tidak boleh lagi digunakan, kerana PCB hari ini pada dasarnya berbeza dari IC. Cara terbaik untuk merancang cpwg dengan betul dengan nisbah jarak tengah sempit pada PCB adalah menggunakan simulator elektromagnetik tiga dimensi penuh. Contoh ini menyediakan nilai untuk beberapa struktur umum.

Menjaga ruang laluan minimum pada 6 juta, saya simulasikan, membuat dan menguji struktur cpwg. Untuk bahan PCB 0.062 inci tebal FR-4 biasa, kawat dengan lebar 0.032 inci dan jarak 0.006 inci terdekat kepada 50 Ω. Pada 6 GHz, kehilangan kembali garis laluan lebih baik daripada 40 dB.

Skema ini lebih baik daripada kaedah kabel lebar 0.11 inci, dan serasi dengan komponen SMT. Komponen SMT saiz 0603 dan sambungan pinggir papan SMA (pemasangan lekapan permukaan) biasa boleh sepadan dengan wayar ini. Figure 1 membandingkan pelbagai komponen RF umum dengan PCB yang disediakan. Untuk bahagian dengan saiz pad yang lebih besar dari 0.032 inci lebar laluan, ia boleh dikumpensasikan dengan meningkatkan ruang dari tanah plat atas. Contohnya, meningkatkan kebebasan atas dari pad 0805 SMT kepada sekitar 0.008 inci dan pad unsur 1206 SMT kepada 0.012 inci boleh mencegah kapasitasi pad berlebihan.

Untuk mematuhi peraturan desain umum, saya menarik foil tembaga kembali 0.01 inci dari pinggir papan sirkuit ditetapkan pada PCB ujian. Namun, penghubung tarik ke belakang dan sisi papan ini menambah sejumlah kecil induktan kepada pertukaran. Pin tebal di tengah sambungan sisi papan pada akhir kawat menambah kapasitas tambahan untuk menyediakan pembayaran kapasitas terbina-dalam. Dengan pendek pin kepada kira-kira separuh panjangnya asal, sekitar kapasitas yang sama boleh diperoleh untuk seimbang induktan konversi.

Struktur Cpwg memerlukan pesawat tanah tegar di bawah laluan; Meninggalkan pembukaan di lantai bawah kawat lapisan atas menambah induktan besar kepada struktur dan mengurangkan prestasi frekuensi tinggi. Selain itu, beberapa botol perlu digunakan untuk "jahit" tanah atas dan tanah bawah. Tempatkan botol jahitan ini tidak boleh melebihi satu pertiga panjang gelombang frekuensi tertinggi yang digunakan oleh sirkuit. Perhatikan bahawa ruang 0.1 inci berfungsi dengan baik pada frekuensi di atas 10 GHz.

Jarak dari kunci jahit ke garis tengah mengikut peraturan jarak yang sama. Cukup butang untuk operasi normal boleh mudah diatur pada garis laluan.

Jika tidak cukup botol, titik kecil tetapi cepat 0.5dB hingga 1dB akan dilihat dalam ciri-ciri transmisi S21, daripada cerun kehilangan linear dengan frekuensi. Kesan ini boleh dilihat segera dengan VNA (penganalisis rangkaian vektor). Keukuran papan ujian menunjukkan kehilangan sekitar 0.25 dB / dalam pada 3 GHz dan 1 dB / dalam pada 10 GHz, termasuk dua sambungan pinggir papan.

Jika anda ingin menyambungkan peranti SMT atau IC dengan pads yang lebih sempit daripada 0.032 inci, sempit konduktor tengah sesuai dengan perlukan dan dekat dengan peranti sebanyak mungkin. Jika penghentian sebenar kecil, kesannya boleh diabaikan apabila frekuensi tidak terlalu tinggi.