Co jest nie tak z moim 50 Ω uziemionym falowodem współpłaszczyznowym?

Pracowałem nad 4-warstwową konstrukcją opartą na SoR EFR32BG13 Bluetooth. Próbując zmierzyć impedancję anteny, aby zbudować pasujący obwód, odkryłem, że moja linia transmisyjna falowodu z krótkim uziemieniem falowodu (GCPW) działała bardziej jak antena niż linia transmisyjna.

Aby zawęzić przyczynę problemu, zbudowałem prostą 4-warstwową płytkę testową linii transmisyjnej, która jest pokazana tutaj:

Płyta ma kwadrat 100 mm. Miałem te tablice wyprodukowane przez ALLPCB, który określał 35 μm miedzi na wszystkich warstwach i dielektryka 0,175 mm (stała dielektryczna 4,29) między dwiema pierwszymi warstwami. Za pomocą AppCADa odkryłem, że projekt o szerokości ścieżki 0,35 mm i szczelinie 0,25 mm ma impedancję 48,5 Ω. Górna warstwa planszy jest pokazana na czerwono powyżej. Pozostałe trzy warstwy to płaszczyzny podłoża, które wyglądają tak:

Dzisiaj otrzymałem płyty i zacząłem od przetestowania S21 dla drugiej sekcji od dołu - prostej części GCPW ze złączami SMA na obu końcach. Użyłem HP 8753C / HP 85047A z krótką długością kabla koncentrycznego podłączonego do portów 1 i 2 oraz płytki testowej podłączonej między tymi długościami kabla koncentrycznego. Ku mojemu zaskoczeniu zobaczyłem to:

Przy 2,45 GHz moja linia transmisyjna ma odpowiedź -10 dB. Jeśli zamienię płytę na złącze „thru”, zobaczę dokładnie, czego bym się spodziewał:

Trochę mi brakuje, ponieważ myślałem, że pierwszy test będzie slamem i zacznę szukać problemów z bardziej złożonymi testami powyżej. Mam VNA i bardzo pragnę dowiedzieć się, co robię źle tutaj. Czy widzisz jakieś problemy z moją metodą testowania lub z samym projektem GCPW? Jakakolwiek pomoc byłaby bardzo mile widziana!

Edycja: Jak zasugerował Neil_UK, usunąłem termiki z jednej płyty, usuwając maskę lutowniczą, a następnie wypełniając szczelinę lutem. Pomiar S11 i S21 w tej konfiguracji daje następujący wynik:

Porównując wykres S21 z poprzednim wynikiem, wydaje się, że nie ma zauważalnej różnicy.

Edycja 2: Zgodnie z sugestią mkeith, podzieliłem jeden z „pasków” mojej planszy testowej poza resztę przy użyciu starej metody „score and break”. Tablica, którą wybrałem do odłamania, jest tą samą tablicą, na której usunąłem termikę, więc ten wynik jest kolejną modyfikacją na poprzednim wykresie. Oto on:

Istnieje pogłębienie dolin w fabule S11, ale nie ma znaczącej poprawy funkcjonalności płyty jako linii transmisyjnej.

Edycja 3: Oto zdjęcie tablicy w jej najnowszym wykonaniu:

Edycja 4: Zbliżenia obu stron jednego złącza SMA:

Złącze SMA to Molex 0732511150. Teren płytki drukowanej jest zgodny z zaleceniami w arkuszu danych tutaj:

http://www.molex.com/pdm_docs/sd/732511150_sd.pdf

Edycja 5: Oto przekrój planszy w pobliżu jednej krawędzi:

Zielone linie są skalowane zgodnie ze specyfikacjami producenta, które zostały skopiowane tutaj:

Edycja 6: Oto zdjęcie tablicy z góry, z czerwonymi liniami skali pokazującymi oczekiwane wymiary:

Edycja 7: Aby zweryfikować efekt dużego środkowego lądu SMA, wyciąłem środkową podkładkę na jednej planszy, aby miała taką samą szerokość jak reszta śladu. Następnie użyłem taśmy miedzianej, aby rozszerzyć podstawy po obu stronach:

Następnie ponownie przetestowałem S11 i S21:

Wydaje się, że znacznie to poprawiło S11, co prowadzi mnie do przekonania, że ​​duży obszar centralny w rzeczywistości tworzył pojemność na obu końcach linii, powodując rezonans.

Edycja 8: Szukając wskazówek, jak poradzić sobie z przejściem z SMA do GCPW, natknąłem się na tę białą księgę:

http://www.mouser.com/pdfdocs/Emerson_WhitePaperHiFreqSMAEndLaunch.pdf

Chociaż artykuł konkretnie odnosi się do zastosowania podłoża o wysokiej częstotliwości, myślę, że wiele z nich wciąż ma zastosowanie. Wyróżniają mnie dwa główne punkty:

1. GCPW powinien kontynuować aż do krawędzi planszy.
2. Złącza SMA do uruchamiania wysokiej częstotliwości wykorzystują środkowy pin, który jest krótszy i węższy, aby zminimalizować jego wpływ na GCPW. Mogą one być bardziej odpowiednie do takich zastosowań z cienkim przewodnikiem centralnym na linii przesyłowej.

Nie należy używać „termiki” podczas uziemiania SMA. Te zakładki uziemienia powinny iść prosto na dużą nieprzerwaną płaszczyznę uziemienia. Lutowanie nie będzie nawet trudniejsze, większość SMA i tak musi zostać podgrzana, więc nie ma potrzeby stosowania tych trzech drukowanych induktorów w ziemi każdego SMA.

Jeśli spojrzysz na tętnienie na wykresie S21, powtarzające się tętnienie jest spójne ze słabymi punktami dopasowania oddalonymi od siebie o szerokość planszy. To może nie być cała historia, ale rozwiąż ten oczywisty problem, zanim zaczniesz szukać bardziej subtelnych szczegółów.

Nie musisz przerabiać desek, możesz zeskrobać wszelką odporność i szybko połączyć z lutem. Edytuj swój post i dodaj nowe pomiary, gdy to zrobisz. BTW, S11 jest zwykle bardziej czułym pomiarem do wykonania na „oczekiwanych dobrych” liniach niż S21, choć zgadzam się, że S21 jest dość zły.

Jaki jest materiał płyty (nie jest to nieistotny szczegół)?

(edytować)

Więc nie chodzi o termikę, chyba tylko w 3GHz.

Czy linia jest obliczana poprawnie? Z tych wymiarów, to kalkulator daje 48.93, ale to oczywiście za pomocą zerowej grubości miedzi. Ten daje 47,42 z 35um miedzi, i zgadza się z drugim dla zerowej grubości, więc projekt wygląda realistycznie. Te różnice w stosunku do założeń nie wystarczą do wyjaśnienia pomiarów.

Czy tablica jest produkowana poprawnie?

Wymiary szerokości i szczeliny będą łatwe do zmierzenia za pomocą mikroskopu. Grubość podłoża będzie trudniejsza. Stała dielektryczna podłoża jest jeszcze trudniejsza. FR4 może się różnić w zależności od grubości i stosunku szkła do żywicy. Czy rdzeń z warstwą o grubości 0,175 mm, czy przedsprzedaż? Uważaj, że pre-preg może różnić się znacznie bardziej niż rdzeń podczas montażu, ponieważ warunki montażu nie są tak dobrze kontrolowane, jak w przypadku produkcji rdzenia.$\varepsilon_r$

Pomiar pojemności na kawałku deski wyciętej z planszy testowej z dala od przelotowych ściegów przelotowych daje połączoną grubość i stałą dielektryczną. Elektryczny pomiar długości części testowych da ci zasadniczo stałą dielektryczną, z niewielkim udziałem geometrii.

Modelowanie długości linii przesyłowej i dostosowywanie długości, impedancji i ubytku będzie dla ciebie trywialne, dopóki symulowane S11 i S21 nie zmienią się z Twoimi pomiarami, możesz nawet poprosić optymalizatora, aby zrobił to automatycznie. Czy to wiarygodny model dla twoich wyników?

Nagle zauważyłem, że twoje zakładki sygnałowe na złączach są bardzo szerokie, co stworzy krótką długość linii o bardzo niskiej impedancji na każdym złączu, chociaż na tej długości modelowanie jako bryły C prawdopodobnie byłoby odpowiednie dla 3GHz. Dodaj dwa skupione C do swojego modelu i spróbuj dopasować te symulacje do swoich wyników. Opublikuj powiększenie obszaru interfejsu złącza, abyśmy mogli zobaczyć, co się tam właściwie dzieje.

(/edytować)

Myślę, że źle zinterpretowałeś arkusz danych, a raczej nie wziąłeś pod uwagę faktu, że masz również 4 warstwy i jest on uziemiony na górnej warstwie, zalecenia projektowe nie wymagają tego w tym układzie.

Mówi „miedź na dolnej (ziemi) stronie”

W ten sposób interpretuję arkusz danych;

Szerokość środkowej podkładki jest zaprojektowana tak, aby była dobrze dopasowana / miała impedancję zbliżoną do 50 omów, gdy masz płytę DOUBLE LAYER o grubości 1,57 mm (nie 4-warstwową) z płaszczyzną uziemienia TYLKO na dole (~ 1,6 mm poniżej toru), która jest dlaczego także, jeśli spojrzysz na tor odchodzący od terminala, jest on jeszcze szerszy, ponieważ z płytą 1,6 mm z uziemieniem na dole potrzebujesz tylko bardzo szerokiej ścieżki, aby uzyskać impedancję 50 omów.

Jeśli nie usunąłeś miedzi na środkowych dwóch warstwach miedzi poniżej środkowej podkładki, to przesunąłeś płaszczyznę uziemienia o wiele bliżej, niż przypuszcza się w specyfikacji projektu. a także dlatego, że uziemiłeś się na górnej płaszczyźnie, również zmieniłeś impedancję od tego. Odległość między środkiem a podkładkami uziemienia podana w arkuszu danych nie powinna być wypełniona płaszczyzną uziemienia.