Что не так с моим 50 Î © заземленным копланарным волноводом?

Я работал над 4-слойным дизайном, созданным вокруг EFR32BG13 Bluetooth Low Energy SoC. При попытке измерить импеданс антенны для построения согласующей схемы я обнаружил, что моя короткая заземленная копланарная волноводная линия (GCPW) действует скорее как антенна, чем линия передачи.

Чтобы сузить причину проблемы, я построил простую четырехслойную тестовую плату линии передачи, которая изображена здесь:

 тестовая плата GCPW

Доска 100 мм. У меня были эти доски, изготовленные ALLPCB, которые указали на 35 Ом медь на всех слоях и 0,165 мм диэлектрика (диэлектрическая постоянная 4.29) между первыми двумя слоями. Используя AppCAD, я обнаружил, что конструкция с шириной трассы 0,35 мм и шириной 0,25 мм дает сопротивление 48,5 Ом. Верхний слой для платы показан красным цветом. Остальные три слоя - это плоскости земли, которые выглядят так:

 Плоские плоскости

Сегодня я получил доски и начал с тестирования S21 для второй секции снизу - прямой кусок GCPW с разъемами SMA на обоих концах. Я использовал HP 8753C /HP 85047A с короткой длиной коаксиального кабеля, подключенного к портам 1 и 2, и тестовую плату, подключенную между этими коаксиальными коаксиальными линиями. К моему большому удивлению, это то, что я увидел:

 S21 с GCPW

При 2,45 ГГц моя линия передачи имеет ответ -10 дБ. Если я заменил плату разъемом «thru», я точно вижу, чего я ожидаю:

 S21 с помощью разъема

Я немного потерял, так как я думал, что первым тестом будет slam dunk, и я бы начал искать проблемы с более сложными тестами над ним. У меня есть VNA и сильное желание узнать, что я делаю неправильно здесь. Можете ли вы увидеть какие-либо проблемы с моим методом тестирования или с самим дизайном GCPW? Любая помощь вообще будет принята с благодарностью!

Изменить: Как было предложено Neil_UK, я удалил термины на одной доске, соскабливая маску припоя и затем перекрывая зазор припоем. Измерение S11 и S21 с этой конфигурацией дает следующий результат:

 S11 и S21 без термиков

Сравнивая график S21 с предыдущим результатом, кажется, нет какой-либо заметной разницы.

Изменить 2: Как было предложено mkeith, я разделил одну из «полосок» моей тестовой платы отдельно от остальных, используя старый метод «оценка и разрыв». Плата, которую я выбрал для отключения, - это та же плата, на которую я удалял термины, поэтому этот результат является дополнительной модификацией на предыдущем графике. Вот он:

 S11 и S21 с разделенной доской

В области S11 наблюдается углубление желобов, но существенное улучшение функциональности платы в качестве линии передачи не происходит.

Изменить 3: Вот фотография платы в ее последнем варианте:

 Фото тестовой платы GCPW

Редактировать 4: Закройте снимки обеих сторон одного SMA-разъема:

 Верхняя сторона SMA-коннектора

Разъем SMA - Molex 0732511150. Земля печатной платы соответствует рекомендациям в техническом паспорте:

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

Изменить 5: Ниже приведено поперечное сечение платы рядом с одним ребром:

 Поперечное сечение доски

Зеленые линии масштабируются по спецификациям производителя, которые копируются здесь:

 Спецификации производителя

Изменить 6: . Ниже приведена фотография сверху с красной шкалой, показывающая ожидаемые размеры:

 Вид сверху вниз на доске

Изменить 7: Чтобы проверить эффект большой площади SMA, я вырезал центральную панель на одной доске, чтобы она была такой же, как и остальная часть трассы. Затем я использовал медную ленту для расширения основания с обеих сторон:

 Узкая центральная земля

Затем я повторно тестировал S11 и S21:

 S11 и S21 с узкой центральной землей

Это, по-видимому, значительно улучшило S11, что заставило меня поверить, что большая центральная земля фактически создавала емкость на обоих концах линии, что приводило к резонансу.

Редактировать 8: . Ищете какое-то руководство по обработке перехода от SMA к GCPW, я наткнулся на эту техническую документацию:

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

В то время как в документе конкретно говорится об использовании высокочастотного субстрата, я думаю, что в значительной степени это применимо и здесь. Для меня выделяются два основных момента:

  1. GCPW должен продолжаться вплоть до края платы.
  2. Разъемы SMA с высокочастотным торможением используют центральный контакт, который короче и уже, чтобы минимизировать его влияние на GCPW. Они могут быть более подходящими для приложения, подобного этому, с тонким центральным проводником на линии передачи.
42 голоса | спросил Michael Cooper 3 Jam1000000amWed, 03 Jan 2018 09:59:23 +030018 2018, 09:59:23

2 ответа


11

Вы не должны использовать термины при заземлении SMA. Эти наземные вкладки должны идти прямо на большой непрерывный земной шар. Это даже не сложнее припаять, поэтому основная масса SMA должна быть нагрета, поэтому нет необходимости в этих трех печатных индукторах в земле каждого SMA.

Если вы посмотрите на рябь на вашем участке S21, повторяющаяся пульсация будет соответствовать наличию плохих точек совпадения, расположенных на расстоянии вашей ширины доски. Это может быть не вся история, но разобраться в этой очевидной проблеме, прежде чем искать более тонкие детали.

Вам не нужно переделывать доски, вы можете соскрести любой резист и намотать резаки припоем в качестве быстрого исправления. Отредактируйте сообщение и добавьте новые измерения, когда вы это сделали. BTW, S11 обычно является более чувствительным измерением, чтобы сделать «ожидаемые хорошие» линии, чем S21, хотя я согласен, что этот S21 очень плохой.

Каков материал платы (не несущественная деталь)?

(редактировать)

Так что это не термины, мы только на 3GHz, я полагаю.

Правильно ли рассчитана линия? С этими размерами этот калькулятор дает 48,93, но, очевидно, он использует нулевая толщина меди. Это дает 47.42 с 35-миллиметровой медой и согласуется с другой для нуля толщина, поэтому дизайн выглядит правдоподобным. Эти отличия от того, что вы предположили, недостаточно для объяснения измерений.

Правильно ли изготовлена ​​плата?

Размеры и размеры зазора легко измерить с помощью микроскопа. Толщина подложки будет более сложной. Диэлектрическая проницаемость подложки еще сложнее. FR4 \ $ \ varepsilon_r \ $ может варьироваться в зависимости от толщины и соотношения стекло /смола. Является ли ядро ​​0.175 мм слоем или pre-preg? Остерегайтесь того, что pre-preg может меняться намного больше, чем ядро ​​при сборке, поскольку условия сборки не так хорошо контролируются, как для производства сердечника.

Измерение емкости на куске доски, вырезанной из тестовой платы вдали от отверстий для прокладки заземления, даст вам общую толщину и диэлектрическую проницаемость. Измерение электрической длины на ваших образцах даст вам по существу диэлектрическую проницаемость с небольшим вкладом от геометрии.

Для вас будет тривиально моделировать длину линии передачи и отрегулировать длину, полное сопротивление и потерю, пока имитированные S11 и S21 не будут соответствовать вашим измерениям, вы можете даже попросить своего оптимизатора сделать это автоматически для вас. Является ли это правдоподобной моделью для ваших результатов?

Я вдруг заметил, что ваши сигнальные вкладки на разъемах очень широкие, что создаст короткую длину линии с очень низким импедансом на каждом разъеме, хотя на этой длине моделирование в виде сосредоточенного C, вероятно, будет адекватным для 3GHz. Добавьте две модели Cs в вашу модель и попытайтесь подгонять эти симуляции к вашим результатам. Опубликуйте расширение области интерфейса соединителя, чтобы мы могли видеть, что там происходит должным образом.

(/редактирования)

ответил Neil_UK 3 Jam1000000amWed, 03 Jan 2018 10:35:40 +030018 2018, 10:35:40
5

Я думаю, что вы неправильно интерпретировали техническое описание, или, скорее, вы не учли тот факт, что у вас есть 4 слоя и земля на верхнем слое тоже, рекомендации по дизайну не требуют этого с этим макетом.

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Он говорит «медь на нижней (наземной) стороне» </p>

<p> Вот как я интерпретирую таблицу: </p>

<p> Ширина центральной площадки спроектирована так, чтобы быть хорошо подобранной /иметь близко к импедансу 50 Ом, когда у вас есть панель DOUBLE LAYER толщиной 1,57 мм (не 4 слоя) с заземленной плоскостью на дне ТОЛЬКО (~ 1,6 мм ниже дорожки ), поэтому также, если вы посмотрите на дорожку, выходящую из терминала, она еще шире, потому что с доской 1,6 мм с землей на дне только вам нужна очень широкая дорожка, чтобы получить сопротивление 50 Ом. </p>

<p> Если вы не удалили медь на среднем двух медных слоях ниже центральной площадки, вы переместили плоскость земли намного ближе, чем ее предполагали, исходя из дизайнерских спецификаций. а также потому, что у вас есть земля на верхней плоскости, вы также изменили сопротивление. вы не должны заполнять плоскость заземления между центральными и заземляющими площадками, указанными в таблице данных. </p></body></html>

ответил Vinzent 3 Jpm1000000pmWed, 03 Jan 2018 22:41:05 +030018 2018, 22:41:05

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132