Placas de circuito impreso con chips de alta velocidad y estructuras de PCB de microondas tienen numerosos parámetros que difieren significativamente de los convencionales, placas de circuito impreso rígidas y flexibles. Estas diferencias se explican en IPC-6018B, Especificaciones de calificación y rendimiento para radiofrecuencia (Microonda) Placas de circuito impreso. “High frequency” is one of the three primary classifications of circuit boards of the IPC (the other two classifications are “rigid” and “flexible” circuit boards).
Cualquiera que no sepa nada sobre las peculiaridades de estos rangos de frecuencia primero sacudirá la cabeza sobre este capítulo.. Because not only – because of the losses that occur – other circuit board materials than at low frequencies have to be used (muy a menudo a base de teflón o cerámica, pero también de nuevo, materiales orgánicos especialmente desarrollados. Los componentes de la PCB de microondas se ven diferentes (lo óptimo en este momento es el uso de componentes de chip SMD de tamaños 0603 o mejor 0402, where “0402” means a size of 1mm x 0.5mm) y constantemente se agregan nuevos. Adicionalmente, a completely different “wiring technology” must be used on the printed circuit boards in order to make the circuits work properly.
La "opción de llenado masivo" proporcionada por Target (y propagado para este propósito) en tales circuitos solo es suficiente hasta unos pocos cientos de megahercios antes de que comiencen nuevos problemas y el método que se describe a continuación debe cambiarse finalmente.
Echemos un vistazo a un paso bajo LC simple para la resistencia de onda Z = 50 y una frecuencia de corte de 100 megahercio. El componente de los valores de PCB de microondas en sí se obtiene después de ingresar los parámetros del filtro en uno de los programas de filtro modernos.. Todos los componentes solo se pueden utilizar en la versión SMD (aquí: 1206 para los condensadores, las bobinas, por otra parte, as “2220” with an additional ground connection for the shielding housing).
Todo eso sigue siendo posible y parece bastante normal.. Es solo con la placa de circuito impreso que se vuelve más interesante:
La parte inferior de la placa de circuito está provista de una superficie de tierra continua. (= GND) y todo lo que necesita ser conectado a tierra tiene su propia "plataforma de conexión a tierra" en la parte superior con tantos orificios enchapados como sea posible.
En la serie, los orificios pasantes enchapados son, por supuesto, designed as “real plated-through holes”. El uso de remaches huecos plateados con un diámetro de 0.8 mm (= incluso probado hasta 10 GHz) funciona muy bien con la primera placa de prueba.
Las conexiones de entrada y salida solo se pueden realizar a través de líneas de microbanda con la impedancia de onda correcta Z y el ancho correcto correspondiente (que por supuesto depende del material conductor, the board thickness and – unfortunately – also somewhat on the operating frequency.
Por supuesto, con condensadores de filtro con sus valores a menudo torcidos, no intentas encontrar cosas tan exóticas en ningún lado. Se realizan fácilmente conectando hasta tres valores estándar SMD de la serie estándar E12 en paralelo. Incluso reduce la autoinducción general y, por lo tanto, cambia la resonancia natural a frecuencias más altas.. Desviaciones de hasta 1 … 2% del valor total son tolerables, por eso reemplazamos el 33.2 pF con 33 pF y el 57.2 pF con 56 pF en nuestro ejemplo.
El manejo del programa CAD de PCB y sus propiedades cambia significativamente. Las nuevas demandas para este proceso de PCB de microondas se ven así:
a) No se puede utilizar un autorouter ni un autoplacer. La posición de cada componente en la placa de circuito debe garantizar los cables de conexión más cortos al siguiente componente. (porque cada milímetro adicional de cable puede significar inductancia adicional). Esto significa que los componentes deben poder moverse con la máxima precisión sin problemas o girar en cualquier ángulo.. Y todo a mano.
B) Por otra parte, las almohadillas de soldadura para los componentes SMD deben ser lo más pequeñas posible, porque aportan capacidades adicionales al circuito. These capacities must already be taken into account in the design and circuit simulation …
C) Muy a menudo se ve obligado a diseñar nuevas almohadillas de soldadura SMD o incluso nuevas carcasas, porque normalmente no hay nada en la biblioteca para los componentes especiales requeridos. Esto no debería ser una ciencia secreta y debería suceder muy rápidamente.
re) La posibilidad de crear las "vías" (= enchapado) debe estar disponible.
mi) Las superficies de tierra necesarias deben ser fáciles de crear y limpiar automáticamente los orificios de las vías..
F) Al final, las pistas conductoras no deben ser redondeadas, su ancho y largo deben ser ajustables dentro de una centésima de milímetro.
gramo) El nivel más bajo de la placa de circuito está completamente provisto de una capa de cobre., which is connected to “GND” (= suelo) a través de las vías.
h) Por consiguiente, el cableado solo se realiza en la parte superior (generalmente: nivel 1). Por supuesto, debe tener mucho cuidado de que las carcasas de los circuitos integrados o transistores puedan reflejarse correctamente si fueron diseñados para su uso en el nivel más bajo.
Ahora queremos comprender el proceso de diseño completo para el paso bajo anterior..
Paso 1:
We start a new project “Circuit board with circuit diagram” and give it a suitable name.
Paso 2:
Pasamos al diagrama del circuito., get a “vertical DIN A4 sheet” from the “frame library” (MARCO.BTL3001) y ponerlo en la pantalla. Es mejor etiquetar su campo de texto de inmediato, de lo contrario lo olvidarás más tarde.
Paso 3:
Ahora se dibuja el diagrama de PCB de microondas. The capacitors come as “C 1206” from the “C.BTL3001” library, the coils as “L” from the “L.BTL3001” library.
Entry and exit markers can be found as “references” in the pull-down menu “Other components”. Puede encontrarlo colocando el cursor en el símbolo del transistor en la barra de desplazamiento y luego deslizando el puntero del mouse un poco hacia la derecha.
Allí también obtienes los símbolos de masas..
No te olvides: cada componente en el PCB de microondas ahora se hace clic primero para marcarlo. Then press “w” until the crosshair flashes. With “ä” you get into the change menu and enter the exact component value there.
Paso 4:
Ahora necesitamos la placa de circuito y cambiamos a la pantalla de la placa de circuito haciendo clic en el símbolo de la placa de circuito. Allí, primero eliminamos el marco que a veces se dibuja para obtener una pantalla absolutamente en blanco. Then we click on the IC symbol in the scroll bar and fetch a board with the dimensions 30mm x 50mm via “Free housing” and the library “PLATINEN.GHS3001”.
Paso 5:
Ahora este tablero está ampliado para llenar el formato.. Then you should quickly go behind the “button with the eye” to briefly change the screen grid to 1mm. Esto facilita el acercamiento a las posiciones del 4 orificios de montaje, como deben sentarse 3 mm desde el borde del tablero.
Una vez hecho esto, el cursor se rueda con la mayor precisión posible en la esquina inferior izquierda del tablero. The keyboard key “Pos1” immediately declares this corner as the relative zero point of our system (coordenadas 0 | 0) and we move the mouse to the position “3mm | 3mm “. There we press the “dot” on the keyboard twice in succession (para configurar la vía) and then cut off the unwinding connecting wire with “Escape”.
El restante 3 los agujeros se crean de la misma manera. Tus posiciones son:
3mm | 27mm 47 mm | 3mm 47 mm | 27mm
Restablezca la cuadrícula de la pantalla a 0,1 mm ahora!
Paso 6:
You now place a horizontal “auxiliary line” across the microwave PCB board. Debe ir claramente a la izquierda y a la derecha sobre el borde del tablero y tener exactamente el mismo ancho que el 50 línea de microstrip de ohmios. Don’t worry … after the following actions this line will be deleted! Para hacer esto, abrimos el menú de herramientas de dibujo, click on the “straight line” and then on the letter “o” (para opciones).
Ahora es necesario establecer el ancho de línea en 1.83 mm, no redondear los extremos y seleccionar el nivel 16 (es decir. cobre en la parte superior).
También dibuja una línea auxiliar vertical más estrecha (ancho un poco más pequeño. aquí: 0.5 mm) como eje vertical de simetría. Así es como se ve al final.
Paso 7:
Ahora primero coloque el condensador central C2 en el centro marcado de esta manera. Please do not forget to activate the “Mount SMD on top” option when selecting the “1206” housing and then use the “d” key to turn the component 90 grados antes de colocarlo.
Así es como se ve el centro de la placa PCB de microondas inmediatamente antes de colocar el condensador.
Paso 8:
Para ambas bobinas elegimos la carcasa SMD 2220 y colóquelos como se muestra en la imagen opuesta. sin embargo, por favor muestre las líneas aéreas de antemano (= nivel 27) y gire los componentes para que las líneas de aire coincidan con el cableado correctamente. And not the option “populate SMD on top …”
olvidar.
Paso 9:
Ahora es el momento de conectar los dos condensadores externos., que se colocan debajo de las conexiones de la bobina.
Paso 10:
Now we can delete our two “auxiliary lines” and pull three pieces of cable with a width of 1.83 mm as “microstrip wiring” from the left to the right edge.
First like this …
entonces así!
Paso 11:
Ahora le damos a cada capacitor un buen campo de 5 vías para su conexión a tierra.
Te acuerdas? You have to move the cursor to the intended position and then press the “dot” on the keyboard twice in succession. Then the additional connecting wire is cut with “ESCAPE”.
(Un diámetro de agujero de 0.6 mm, un aura de 0.3 mm y un diámetro de 1.5 mm fueron seleccionados).
Paso 12:
Y porque esto ya está funcionando bien, colocamos dos alfombras pequeñas en la mitad superior para conectar a tierra las copas de protección de la bobina.
Paso 13:
De las herramientas de dibujo (= botón con el lápiz) we get the “filled rectangle” and press “o” for the options. Los rectángulos deben estar nivelados 16 (= cobre en la parte superior) y debe combinar las cinco vías de una conexión a tierra.
por suerte, the holes in the vias are automatically kept free by the program – we don’t have to do anything about that.
Paso 14:
Nunca debes olvidar eso:
una etiqueta adecuada en el lado superior de cobre (nivel 16) debe ser, because otherwise the microwave PCB manufacturer does not know what is up or down and we may get A “mirrored” board may have been supplied.
También encontramos la opción de texto detrás del botón con el lápiz..
Paso 15:
Y para hacer las cosas redondas, we go behind the “button with the magic wand” to activate the mass area filling option.
Liberamos el lado inferior (nivel 2 = cobre debajo) and select the signal “GND”.
Entonces se inicia el programa.
Así es como se ve.
Último paso:
Para imprimir la parte superior del tablero, solo cambiamos a niveles 16 (= cobre en la parte superior), 23 (= contorno) y 24
(= Perforaciones). Entonces podemos echar un vistazo más de cerca a cómo se verá la placa PCB de microondas.
IPC-6012, especificación de calificación y rendimiento para placas de circuito impreso rígidas y IPC-6013, especificación de calificación y rendimiento para PCB flexible.
Típicamente, el IPC intenta actualizar estas tres especificaciones de calificación y rendimiento al mismo tiempo. IPC-6018 se publicó en enero 2002 problema "A".
El mercado de la tecnología de microondas tiene muchos menos usuarios que las tecnologías de PCB convencionales.. Hay solo una pequeña cantidad de proveedores de PTFE, el material de teflón que se utiliza a menudo para sustratos de ondas micrónicas. El está en alto contraste con las muchas empresas, la placa de alambre sobre la base de laminados FR-4. sin embargo, cuando se trata del uso de materiales, El término "pequeño número" rápidamente se vuelve relativo en la enorme industria de la electrónica.. Actualmente se utilizan numerosas placas de circuito impreso de microondas.
“This technology is used in many commercial applications such as cellular base stations and military products today,” said Michael Luke, presidente del subcomité IPC D-22 que desarrolló la directiva IPC-6018.
A medida que las velocidades de los chips semiconductores continúan aumentando, Las tecnologías de microondas también serán necesarias en otras áreas..
Las adiciones abordan numerosos cambios con respecto a los materiales del sustrato de la placa de circuito y las pistas conductoras en ellos. Las pistas conductoras en el rango de microondas tienen parámetros de rendimiento significativamente diferentes a los utilizados para placas de circuito convencionales.. Se pueden diseñar muchos rastros de una placa PCB de microondas típica de acuerdo con los requisitos de IPC para placas de circuito rígidas y flexibles.. En las áreas en las que están presentes las señales de microondas de alta velocidad., sin embargo, Se aplican valores de parámetros completamente diferentes para el ancho del conductor., espesor y espaciado. Por lo tanto, no hay duda de que se debe utilizar una directriz diferente al adquirir placas de circuito impreso de microondas..
También hay diferencias en los sustratos.. A diferencia de los sustratos FR-4 de las placas de circuito impreso convencionales, la mayoría de los PCB de microondas se basan en PTFE (Teflón). Los laminados de PTFE tienen sus propias propiedades cuando se laminan capas individuales. La estabilidad dimensional es completamente diferente, I. H. Los diseñadores y fabricantes deben tener esto en cuenta al diseñar placas de circuito y colocar orificios enterrados o ciegos u otros elementos que requieran perforación..
Cuando se perforan estos agujeros, resin residue known as “resin smear” may remain when the hole wall is formed. “La directriz IPC-6018B contiene criterios especiales para la eliminación de residuos de resina (frotis de resina), que tienen en cuenta las propiedades especiales de los laminados de placas de circuito de alta frecuencia. Es un gran problema con las placas de circuito de PTFE, "Dijo Perry.
Desde la finalización del número A a principios de 2002, se han producido muchos otros cambios. Los desarrolladores de la directiva han agregado información de referencia sobre resistencias pasivas y condensadores a la sección 3 [REQUISITOS]. La nueva versión también ha mejorado los requisitos para soldar roturas de bordes., que puede surgir cuando no se perforan agujeros en el medio de las almohadillas. El tema de la tensión térmica también se ha revisado para tener en cuenta el progreso realizado por los procesos de reflujo por convección para las pruebas de tensión térmica en muestras de tierra o muestras de placas de circuito impreso de producción.
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