Điều gì là sai với ống dẫn sóng coplanar 50 căn cứ của tôi?

Tôi đã làm việc trên một thiết kế 4 lớp được xây dựng xung quanh SoC năng lượng thấp Bluetooth EFR32BG13. Trong khi thử đo trở kháng của ăng-ten để xây dựng một mạch phù hợp, tôi phát hiện ra rằng đường truyền dẫn ống dẫn sóng coplanar (GCPW) nối đất ngắn của tôi hoạt động giống như ăng-ten hơn là đường truyền.

Để thu hẹp nguyên nhân của vấn đề, tôi đã xây dựng một bảng thử nghiệm đường truyền 4 lớp đơn giản, được trình bày ở đây:

Bảng là 100 mm vuông. Tôi đã có những bảng được chế tạo bởi ALLPCB, người chỉ định đồng 35 onm trên tất cả các lớp và điện môi 0,175 mm (hằng số điện môi 4,29) giữa hai lớp đầu tiên. Sử dụng AppCAD, tôi thấy rằng một thiết kế có chiều rộng dấu vết 0,35 mm và khoảng cách 0,25 mm mang lại trở kháng 48,5. Lớp trên cùng cho bảng được hiển thị màu đỏ ở trên. Ba lớp còn lại là những mặt phẳng trông như thế này:

Tôi đã nhận được các bảng ngày hôm nay và bắt đầu bằng cách thử nghiệm S21 cho phần thứ hai từ dưới lên - một đoạn GCPW thẳng với các đầu nối SMA ở hai đầu. Tôi đã sử dụng HP 8753C / HP 85047A với độ dài dỗ ngắn được kết nối với Cổng 1 và 2 và bảng thử nghiệm được kết nối giữa các độ dài dỗ đó. Thật ngạc nhiên, đây là những gì tôi thấy:

Ở tốc độ 2,45 GHz, đường truyền của tôi có đáp ứng -10 dB. Nếu tôi thay thế bảng bằng đầu nối "thông qua", tôi sẽ thấy chính xác những gì tôi mong đợi:

Tôi có một chút mất mát, vì tôi nghĩ rằng bài kiểm tra đầu tiên sẽ là một cú đánh trượt và tôi sẽ bắt đầu tìm ra các vấn đề với các bài kiểm tra phức tạp hơn ở trên nó. Tôi có một VNA và mong muốn mạnh mẽ để tìm hiểu những gì tôi đang làm sai ở đây. Bạn có thể thấy bất kỳ vấn đề nào với phương pháp thử nghiệm của tôi hoặc với chính thiết kế GCPW không? Bất kỳ trợ giúp nào sẽ được đánh giá rất cao!

Chỉnh sửa: Theo đề xuất của Neil_UK, tôi đã loại bỏ các nhiệt trên một bảng bằng cách cạo mặt nạ hàn và sau đó thu hẹp khoảng cách bằng vật hàn. Đo S11 và S21 với cấu hình này cho kết quả như sau:

So sánh âm mưu S21 với kết quả trước đó, dường như không có sự khác biệt rõ ràng nào.

Chỉnh sửa 2: Theo đề xuất của mkeith, tôi đã tách một trong những "dải" của bảng thử nghiệm của tôi ra khỏi phần còn lại bằng cách sử dụng phương pháp "điểm và phá vỡ" cũ. Bảng tôi đã chọn để phá vỡ là cùng một bảng tôi đã loại bỏ nhiệt, vì vậy kết quả này là một sửa đổi thêm trên cốt truyện trước. Đây là:

Có một sự sâu sắc của các máng trong âm mưu S11, nhưng không có sự cải thiện đáng kể nào về chức năng của bo mạch như một đường truyền.

Chỉnh sửa 3: Đây là một hình ảnh của bảng trong phương án gần đây nhất của nó:

Chỉnh sửa 4: Ảnh chụp cận cảnh cả hai mặt của một đầu nối SMA:

Đầu nối SMA là Molex 0732511150. Vùng đất PCB tuân theo các khuyến nghị trong biểu dữ liệu ở đây:

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

Chỉnh sửa 5: Đây là một mặt cắt của bảng gần một cạnh:

Các đường màu xanh lá cây được thu nhỏ từ thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, được sao chép ở đây:

Chỉnh sửa 6: Dưới đây là hình ảnh từ trên xuống của bảng với các đường tỷ lệ màu đỏ hiển thị kích thước dự kiến:

Chỉnh sửa 7: Để xác minh ảnh hưởng của vùng đất SMA trung tâm lớn, tôi đã khắc đi phần đệm trung tâm trên một bảng sao cho nó có cùng chiều rộng với phần còn lại của dấu vết. Sau đó, tôi đã sử dụng băng đồng để mở rộng căn cứ ở hai bên:

Sau đó, tôi đã kiểm tra lại S11 và S21:

Điều này dường như đã cải thiện đáng kể S11, điều này khiến tôi tin rằng vùng đất trung tâm rộng lớn trên thực tế đã tạo ra một điện dung ở hai đầu của dòng dẫn đến sự cộng hưởng.

Chỉnh sửa 8: Tìm kiếm một số hướng dẫn về cách xử lý quá trình chuyển đổi từ SMA sang GCPW, tôi đã xem qua tờ giấy trắng này:

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

Mặc dù bài báo đặc biệt đề cập đến việc sử dụng chất nền tần số cao, tôi nghĩ phần lớn nó vẫn được áp dụng ở đây. Hai điểm chính nổi bật đối với tôi:

1. GCPW nên tiếp tục tất cả các cách để cạnh của bảng.
2. Các đầu nối SMA khởi động tần số cao sử dụng chân giữa ngắn hơn và hẹp hơn để giảm thiểu ảnh hưởng của nó đối với GCPW. Đây có thể là thích hợp hơn cho một ứng dụng như thế này với một dây dẫn trung tâm mỏng trên đường truyền.

Bạn không nên sử dụng 'thermals' khi nối đất SMA. Các tab mặt đất nên đi thẳng lên mặt phẳng lớn không bị vỡ. Việc hàn thậm chí sẽ khó hơn, phần lớn SMA phải được làm nóng lên, vì vậy không cần ba cuộn cảm được in trên mặt đất của mỗi SMA.

Nếu bạn nhìn vào gợn trên lô S21 của bạn, gợn lặp lại phù hợp với việc có các điểm khớp kém cách nhau bởi chiều rộng bảng của bạn. Đó có thể không phải là toàn bộ câu chuyện, nhưng sắp xếp vấn đề rõ ràng này trước khi tìm kiếm chi tiết tinh tế hơn.

Bạn không cần phải làm lại các bảng, bạn có thể loại bỏ bất kỳ điện trở nào và khắc phục các vết cắt bằng vật hàn như một cách khắc phục nhanh chóng. Chỉnh sửa bài đăng của bạn và thêm các phép đo mới khi bạn thực hiện điều đó. BTW, S11 thường là một phép đo nhạy hơn để thực hiện các dòng thông qua 'mong đợi tốt' so với S21, mặc dù tôi đồng ý, S21 này khá tệ.

Vật liệu bảng là gì (không phải là một chi tiết không quan trọng)?

(biên tập)

Vì vậy, nó không phải là nhiệt, chúng tôi chỉ ở mức 3GHz.

Là dòng tính toán chính xác? Với các kích thước đó, máy tính này cho 48,93, nhưng rõ ràng là nó sử dụng đồng có độ dày bằng không. Cái này cho 47,42 với đồng 35um và đồng ý với cái kia có độ dày bằng không, vì vậy thiết kế có vẻ hợp lý. Những khác biệt so với những gì bạn đã giả định là không đủ để giải thích các phép đo.

Là bảng sản xuất chính xác?

$\varepsilon_r$

Một phép đo điện dung trên một tấm ván được cắt từ bảng thử nghiệm của bạn khỏi vias khâu mặt đất sẽ cho bạn độ dày kết hợp và hằng số điện môi. Một phép đo chiều dài điện trên các mẫu thử của bạn sẽ cung cấp cho bạn về cơ bản hằng số điện môi, với sự đóng góp nhỏ từ hình học.

Sẽ rất đơn giản nếu bạn lập mô hình độ dài đường truyền và điều chỉnh độ dài, trở kháng và mất, cho đến khi S11 và S21 mô phỏng khớp với số đo của bạn, bạn thậm chí có thể yêu cầu trình tối ưu hóa tự động làm điều đó cho bạn. Đó có phải là một mô hình hợp lý cho kết quả của bạn?

Tôi đột nhiên nhận thấy các tab tín hiệu của bạn ở các đầu nối rất rộng, điều này sẽ tạo ra một chiều dài ngắn của đường trở kháng rất thấp ở mỗi đầu nối, mặc dù ở độ dài này, mô hình hóa như một C gộp có thể sẽ phù hợp với 3GHz. Thêm hai chữ C gộp vào mô hình của bạn và cố gắng khớp những mô phỏng đó với kết quả của bạn. Đăng một phần mở rộng của khu vực giao diện kết nối để chúng ta có thể thấy những gì đang xảy ra ở đó một cách chính xác.

(/biên tập)

Tôi nghĩ rằng bạn đã hiểu sai bảng dữ liệu, hoặc đúng hơn là bạn đã không tính đến thực tế là bạn cũng có 4 lớp và nằm trên lớp trên cùng, các khuyến nghị thiết kế không yêu cầu điều đó với bố cục này.

Nó nói "đồng ở phía dưới (mặt đất)"

Đây là cách tôi diễn giải bảng dữ liệu;

Chiều rộng của miếng đệm trung tâm được thiết kế để khớp tốt / có trở kháng gần 50ohm khi bạn có bảng DOUBLE LAYER (không phải 4 lớp) dày 1,57mm với mặt phẳng dưới CHỈ (~ 1.6mm bên dưới rãnh) Tại sao nếu bạn nhìn vào đường ray đi từ thiết bị đầu cuối thì nó thậm chí còn rộng hơn bởi vì với một bảng 1.6mm với mặt đất ở phía dưới, bạn chỉ cần một đường rất rộng để có trở kháng 50ohm.

Nếu bạn chưa loại bỏ đồng trên hai lớp đồng ở giữa bên dưới lớp đệm trung tâm thì bạn đã di chuyển mặt phẳng mặt đất gần hơn nhiều so với nó được cho là từ thông số kỹ thuật thiết kế. và cũng bởi vì bạn có mặt đất trên mặt phẳng trên cùng nên bạn cũng đã thay đổi trở kháng từ đó. bạn khoảng cách giữa các miếng đệm trung tâm và mặt đất được chỉ định trong biểu dữ liệu không được cho là được lấp đầy bằng mặt phẳng mặt đất.