Phê bình bố cục PCB RF: Đầu vào trên kính viễn vọng vô tuyến PCB của tôi

Tôi đang cố gắng bố trí bảng cho kính viễn vọng vô tuyến mà chúng tôi đang xây dựng tại một trong những công việc của tôi.

Đây là cấu trúc liên kết hệ thống tổng thể:

^{QRFH dành cho "Sừng thức ăn Quad Ridged". Đó là một loại ăng-ten khá bí truyền.}

Về cơ bản, ý định là cho phép các phép đo có độ chính xác cực cao, với hiệu chuẩn tại chỗ và theo dõi độ lệch. Có một hệ thống tích hợp để đo ăng-ten SWR để hiệu chỉnh độ lệch do thay đổi vật lý từ thay đổi nhiệt độ, hiệu chuẩn cho bộ hiệu chuẩn SWR thông qua khả năng đưa bộ dao động SWR trực tiếp vào máy phân tích, âm thử tùy chọn để cho phép theo dõi bộ dao động trôi trong máy phân tích phổ, một diode nhiễu, chấm dứt và một lưỡng cực nhỏ để đo RFI cục bộ.

Toàn bộ PDF của mọi thứ ở đây

Dù sao, đây là cách bố trí hiện tại của tôi:

Bố cục cập nhật:

Bố cục ban đầu:

Chồng lên:

Lớp trên cùng:

Căn cứ 1:

Nguồn và kết nối:

Căn cứ 2:

Nhìn tổng thể:

Tất cả các đường truyền phải nằm trong khoảng ~ 1Ω 50, lấy điện môi của FR4 từ nhà hội đồng quản trị mà tôi dự định sử dụng để xem xét.

Ngay bây giờ, điều này được dự định để hoạt động trong băng tần 50-300 Mhz, do đó, các điện môi bí truyền hơn không thực sự được bảo hành, nhưng tôi đang cân nhắc chúng.

Bộ khuếch đại LNA là các mạch mini CMA-5042 với TCBT-14 bias-tees.
Các bộ bảo vệ ESD trên I / O thông qua CLM-83-2W + .
Công tắc RF là JSW6-33DR + (công tắc 6P có hiệu suất tốt hơn công tắc 2P, vì vậy tôi cũng đang sử dụng công tắc 6P ở vị trí công tắc 2P. Chênh lệch giá là không đáng kể).
Tất cả các bộ suy giảm biến đều là DAT-31R5-SP .

Về cơ bản, tôi đang tìm kiếm một vài điều.

• Có phải bố trí của tôi ít nhất trông chủ yếu là lành mạnh?
• Tôi có dấu vết điều khiển chuyển đổi và suy hao chạy dưới dấu vết RF, mặc dù có một mặt phẳng ở giữa. Tôi không nghĩ đây là một vấn đề, nhưng RF thật kỳ lạ.

Tôi đã giữ lại thiết bị hàn từ tất cả các đường truyền RF càng nhiều càng tốt, chỉ với các rào cản nhỏ xung quanh các bộ phận của SMT để ngăn chất hàn chạy xuống dấu vết.

Hầu hết, tôi chưa thực hiện bố trí RF trước đây, vì vậy tôi đánh giá cao bất kỳ đầu vào nào.

Dưới đây là những suy nghĩ và mối quan tâm của tôi, dựa trên rất nhiều thực tiễn và sai lầm khi thiết kế các sản phẩm băng tần ISM 902-928 MHz trên FR4:

1. Chắc chắn xem xét các đầu nối RF qua lỗ, như The Photon gợi ý. Các đầu nối SMT bị đứt dễ dàng tham gia hoặc tất cả các miếng đệm với chúng và thường loại bỏ một lượng khá lớn dấu vết trung tâm. Các vias nhúng cung cấp thêm một chút sức mạnh: bạn đang nói về một vài phần nghìn đồng mạ lên kẹp chặt cạnh của miếng đệm chỉ dày vài phần nghìn. Thời gian dành cho việc giải phóng mặt bằng sẽ trả hết lần đầu tiên khi cáp bị kéo mạnh ... chỉ có cáp sẽ yêu cầu thay thế. Tôi từ chối sử dụng kết nối SMT cho bất cứ điều gì, kinh nghiệm khó khăn khiến tôi làm điều này. Một thay thế cho kết nối kiểu dọc hoặc chùa là sự đa dạng cạnh. Chúng không có lỗ lắp và là "bề mặt gắn" nhưng hàn vào cả mặt trên và mặt dưới. Tôi chưa bao giờ phá vỡ một trong những thứ này hoặc kéo một cái từ một bảng.
2. Tấm nóng hàn cả các thành phần RF nhỏ và các đầu nối lớn có khả năng làm nóng quá mức các thành phần nhỏ nhất trong khi chờ các đầu nối bằng đồng lớn nóng lên đủ để chảy lại một cách đáng tin cậy, đặc biệt là pin trung tâm được chôn bên trong tất cả các đồng thau đó và PCB. Hãy xem xét hàn nóng tấm chỉ có SMT nhỏ và sau đó hàn tay bất cứ thứ gì lớn. Phù điêu nhiệt trong miếng đệm của bạn luôn là một ý tưởng tốt cho dòng hàn đều và đáng tin cậy. Tôi sử dụng chúng trên các đầu nối RF cho các bo mạch 902-928 MHz mà không có hiệu ứng xấu; sự hiện diện của họ là không thể đo lường được. Khoảng cách mỏng chỉ cần là tối thiểu theo yêu cầu của nhà cung cấp PCB của bạn và bạn có thể sử dụng nhiều chân nhiệt. Vias trong các miếng đệm nối đất sẽ làm cho các đầu nối khó hàn hơn nhiều.
3. Ước tính của bạn về trở kháng 1% là rất lạc quan. 5% là có thể với FR4 nếu bạn có thể dành một vài lần chỉnh sửa bảng điều chỉnh độ rộng dấu vết, vật liệu và quy trình chế tạo cho đến khi bạn có được công thức phù hợp. Mặt khác, 10% là tiêu chuẩn thực tế hơn cho chế tạo PCB quy trình tiêu chuẩn của nhà cung cấp. Hãy ghi nhớ: a. Áp lực ép được sử dụng để ép tấm ván có thể có ảnh hưởng đáng kể đến độ dày lớp hoàn thiện, đặc biệt nếu lớp được làm bằng pre-preg. Cố gắng sử dụng vật liệu cốt lõi cho các lớp trở kháng được kiểm soát bởi vì nó không bị ảnh hưởng nhiều bởi phương sai áp suất. b. Vị trí của PCB của bạn trong bảng điều khiển chế tạo lớn (ở giữa so với ở cạnh bảng) sẽ thay đổi áp suất cán, cũng như vị trí của nó trong việc sắp xếp các PCB khác nhau được dán cùng một lúc. Làm việc với một nhà cung cấp PCB, chúng tôi đã chạy các phiếu kiểm tra RF ở trung tâm và các góc và tìm thấy sự khác biệt đáng kể. c. Dung sai chiều rộng dấu vết được cung cấp bởi nhà cung cấp PCB của bạn dựa trên kinh nghiệm của họ với quá trình khắc và mạ của họ. Tính toán ảnh hưởng của chiều rộng theo dõi tối thiểu / tối đa đến trở kháng đặc tính của bạn. Dấu vết rộng hơn có độ nhạy ít hơn với phương sai chiều rộng dấu vết cố định. d. Hằng số điện môi của FR-4 từ một nhà sản xuất có thể thay đổi đáng kể từ lô này sang lô khác và tùy thuộc vào tỷ lệ thủy tinh / nhựa của sơ chế hoặc lõi được sử dụng trong mỗi lớp. Dấu vết rộng hơn có độ nhạy ít hơn với phương sai chiều rộng dấu vết cố định. d. Hằng số điện môi của FR-4 từ một nhà sản xuất có thể thay đổi đáng kể từ lô này sang lô khác và tùy thuộc vào tỷ lệ thủy tinh / nhựa của sơ chế hoặc lõi được sử dụng trong mỗi lớp. Dấu vết rộng hơn có độ nhạy ít hơn với phương sai chiều rộng dấu vết cố định. d. Hằng số điện môi của FR-4 từ một nhà sản xuất có thể thay đổi đáng kể từ lô này sang lô khác và tùy thuộc vào tỷ lệ thủy tinh / nhựa của sơ chế hoặc lõi được sử dụng trong mỗi lớp.
4. Dấu vết đặc trưng chỉ chính xác trên các phân đoạn dọc nhưng dấu vết mạch thực tế của bạn chủ yếu là ngang. Sợi dọc / sợi ngang của FR4 có thể gây ra sự khác biệt có thể đo được về trở kháng tùy thuộc vào hướng theo dõi, mặc dù ít hơn khi tần số giảm. Bạn không nói nếu bạn đang sử dụng TDR hoặc VNA để đo trở kháng, nhưng một trong hai sẽ làm tốt với một dấu vết đơn giản trên bảng. Nếu bạn muốn một dấu vết dài hơn, serpentine các phần thẳng theo hướng ngang thay vì dọc. Hãy thử di chuyển T2-A lên và T2-B xuống để làm cho công việc này tốt hơn, nếu cần.
5. Theo dõi khớp nối giữa các dấu vết RF song song. Tôi không biết nếu các nguồn khác nhau luôn luôn bật. Khi một nguồn không được chọn, nó được phản hồi lại từ công tắc RF SP6T dẫn đến sóng đứng và có thể có kết quả không mong muốn.
6. Cung cấp cho một lá chắn kim loại để bao quanh mạch.

Ở một chủ nhân trước đây, việc ném 2 hoặc 3 giai đoạn lọc RC vào các dòng điều khiển của bất kỳ công tắc nào được coi là một thực hành tốt để ngăn chặn bất kỳ khớp nối nhiễu nào vào tín hiệu đầu ra thông qua các dòng điều khiển công tắc. Freq góc 700Hz hoặc trị liệu.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Từ quan điểm sơ đồ, bạn nhìn một chút ánh sáng trên bỏ qua tụ điện và lọc. Làm thế nào sạch là đường ray cung cấp 3,3V?

Từ quan điểm bố trí, nó trông khá tốt. Hãy nhớ rằng các đường truyền không thực sự hiệu quả trong các lần chạy ngắn so với bước sóng, vì vậy bạn có thể ổn ở đó.

Bạn có thể muốn thêm một bản phát hành nhiệt cho các đầu nối.