Krytyka układu RF na PCB: Dane wejściowe na mojej płytce drukowanej radioteleskopu

Próbuję zrobić układ planszy dla radioteleskopu, który budujemy w jednym z moich zadań.

Oto ogólna topologia systemu:

^{QRFH jest dla „Quad Ridged Feed Horn”. To raczej ezoteryczny typ anteny.}

Zasadniczo celem jest umożliwienie wykonywania bardzo precyzyjnych pomiarów z kalibracją na miejscu i śledzeniem dryfu. Istnieje wbudowany system pomiaru SWR anteny w celu kalibracji znoszenia spowodowanego zmianami fizycznymi od zmian temperatury, kalibracja kalibratora SWR poprzez możliwość podania oscylatora SWR bezpośrednio do analizatora, opcjonalny sygnał pilotujący umożliwiający śledzenie dryf oscylatora w analizatorze widma, dioda szumu, zakończenie i mały dipol do pomiaru lokalnego RFI.

Pełen plik PDF wszystkiego tutaj

Tak czy inaczej, oto mój obecny układ:

Zaktualizowany układ:

Oryginalny układ:

Stackup:

Najwyższa warstwa:

Ground 1:

Zasilanie i interkonekty:

Ground 2:

Widok ogólny:

Wszystkie linie przesyłowe powinny znajdować się w zakresie ~ 1Ω 50Ω, biorąc pod uwagę dielektryk FR4 z domu zarządu, którego zamierzam użyć.

W tej chwili ma to działać w paśmie 50-300 MHz, więc bardziej ezoteryczne dielektryki nie są tak naprawdę uzasadnione, ale rozważam je.

Wzmacniacze LNA to mini-obwody CMA-5042 z trójnikami trójosiowymi TCBT-14 . Zabezpieczenia
ESD we / wy są realizowane przez CLM-83-2W + .
Przełączniki RF to JSW6-33DR + (przełącznik 6P ma lepszą wydajność niż przełączniki 2P, więc używam również przełącznika 6P w pozycji przełącznika 2P. Różnica cen jest znikoma).
Wszystkie zmienne tłumiki to DAT-31R5-SP .

Zasadniczo szukam kilku rzeczy.

• Czy mój układ przynajmniej wygląda w większości rozsądny?
• Mam ślady sterowania przełącznikiem i tłumikiem działające pod śladami RF, choć z płaszczyzną uziemienia pomiędzy nimi. Nie sądzę, żeby to był problem, ale RF jest dziwne.

Trzymałem maskę lutowniczą z dala od wszystkich linii transmisyjnych RF tak bardzo, jak to możliwe, z niewielkimi barierami wokół części SMT, aby zapobiec spłynięciu lutu.

Przeważnie nie robiłem wcześniej układu RF, więc doceniam każde wejście.

Oto moje przemyślenia i obawy, oparte na wielu praktykach i błędach przy projektowaniu produktów pasma ISM 902-928 MHz na FR4:

1. Zdecydowanie rozważ przelotowe złącza RF, jak sugeruje Photon. Złącza SMT zrywają się łatwo, biorąc część lub wszystkie podkładki razem z nimi i często usuwają znaczną część środkowego śladu. Wbudowane przelotki zapewniają niewielką dodatkową siłę: mówisz o kilku tysięcznych galwanizowanej miedzi chwytającej samą krawędź podkładki o grubości zaledwie kilku tysięcznych. Czas spędzony na frezowaniu luzów zwróci się przy pierwszym szarpnięciu kabla ... tylko kabel będzie wymagał wymiany. Odmawiam używania złączy SMT do czegokolwiek, ciężkie doświadczenie zmusza mnie do tego. Alternatywą dla złączy pionowych lub pagodowych jest odmiana do montażu na krawędzi. Nie mają otworów montażowych i są „do montażu powierzchniowego”, ale przylutowują zarówno u góry, jak iu dołu. Nigdy nie złamałem żadnego z nich ani nie wyciągnąłem go z planszy.
2. Lutowanie za pomocą płyty grzejnej zarówno małych elementów RF, jak i dużych złączy prawdopodobnie spowoduje przegrzanie najmniejszych elementów, czekając, aż duże mosiężne złącza rozgrzeją się wystarczająco, aby niezawodnie przepłynąć, zwłaszcza środkowy bolec zakopany w całym mosiądzu i PCB. Rozważ lutowanie płytą grzejną tylko małego SMT, a następnie lutowanie ręczne czegoś dużego. Ulgi termiczne w padzie są zawsze dobrym pomysłem na równomierny i niezawodny przepływ lutu. Używam ich na złączach RF dla płyt 902-928 MHz bez żadnych niepożądanych efektów; ich obecność nie jest mierzalna. Cienka szczelina musi być minimum wymaganym przez dostawcę płytki drukowanej i można użyć wielu nóżek termicznych. Przelotki w puszkach uziemiających złącza znacznie utrudniają lutowanie.
3. Twoja ocena impedancji 1% jest bardzo optymistyczna. 5% jest możliwe z FR4, jeśli możesz wydać kilka rewizji deski, modyfikując szerokości śladów, materiały i proces produkcji, aż uzyskasz właściwy przepis. W przeciwnym razie 10% jest de facto standardem standardowej produkcji płytek drukowanych przez producenta. Pamiętaj: Nacisk stosowany do laminowania płyty może mieć znaczący wpływ na grubość gotowej warstwy, zwłaszcza jeśli warstwa jest wykonana z pre-preg. Spróbuj użyć materiału rdzenia dla warstw o ​​kontrolowanej impedancji, ponieważ zmienność ciśnienia nie wpływa na nie tak bardzo. b. Położenie płytki drukowanej na dużym panelu produkcyjnym (w środku vs. na krawędzi panelu) zmieni ciśnienie laminowania, podobnie jak jego położenie w stosie różnych płytek drukowanych jednocześnie. We współpracy z dostawcą płytek drukowanych przeprowadziliśmy kupony testowe RF w środku i na rogach i stwierdziliśmy znaczące różnice. do. Tolerancja szerokości śladu jest podawana przez dostawcę PCB na podstawie ich doświadczenia w procesie trawienia i powlekania. Oblicz wpływ minimalnej / maksymalnej szerokości śladu na swoją impedancję charakterystyczną. Szersze ślady mają mniejszą wrażliwość na ustaloną wariancję szerokości śladu. re. Stała dielektryczna FR-4 od jednego producenta może się znacznie różnić w zależności od partii i partii oraz w zależności od stosunku szkło / żywica prepregu lub rdzenia zastosowanego w każdej warstwie. Szersze ślady mają mniejszą wrażliwość na ustaloną wariancję szerokości śladu. re. Stała dielektryczna FR-4 od jednego producenta może się znacznie różnić w zależności od partii i partii oraz w zależności od stosunku szkło / żywica prepregu lub rdzenia zastosowanego w każdej warstwie. Szersze ślady mają mniejszą wrażliwość na ustaloną wariancję szerokości śladu. re. Stała dielektryczna FR-4 od jednego producenta może się znacznie różnić w zależności od partii i partii oraz w zależności od stosunku szkło / żywica prepregu lub rdzenia zastosowanego w każdej warstwie.
4. Ślad charakterystyki jest dokładny tylko na pionowych segmentach, ale rzeczywiste ślady obwodu są przede wszystkim poziome. Osnowa / wątek FR4 może powodować mierzalne różnice impedancji w zależności od kierunku śladu, choć mniej, gdy częstotliwość maleje. Nie mówisz, czy używasz TDR lub VNA do pomiaru impedancji, ale jedno z nich powinno być w porządku z prostym śladem na całej planszy. Jeśli chcesz mieć dłuższy ślad, serpentynę proste odcinki w kierunku poziomym zamiast pionowym. Spróbuj przesunąć T2-A w górę i T2-B w dół, aby poprawić to działanie, jeśli to konieczne.
5. Uważaj na sprzężenie między równoległymi śladami RF. Nie wiem, czy różne źródła są zawsze włączone. Gdy źródło nie zostanie wybrane, odbija się ono od przełącznika RF SP6T, co prowadzi do fal stojących i być może nieoczekiwanych rezultatów.
6. Zapewnij metalową osłonę do zamknięcia obwodu.

U poprzedniego pracodawcy za dobrą praktykę uznano wrzucanie 2 lub 3 etapów filtrowania RC do linii sterujących dowolnego przełącznika, aby zapobiec sprzężeniu szumów z sygnałem wyjściowym przez linie sterujące przełącznika. Częstotliwość narożna 700 Hz lub therabout.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Ze schematycznego punktu widzenia patrzysz trochę na kondensatory obejściowe i filtrowanie. Jak czyste są szyny zasilające 3,3 V?

Z punktu widzenia układu wygląda całkiem nieźle. Pamiętaj, że linie transmisyjne nie są tak naprawdę skuteczne na krótkich odcinkach w porównaniu do długości fali, więc prawdopodobnie nic ci nie jest.

Możesz dodać wyzwalacz termiczny do złączy.