Circuiti stampati con chip ad alta velocità e strutture PCB a microonde hanno numerosi parametri che differiscono notevolmente da quelli convenzionali, circuiti stampati rigidi e flessibili. Queste differenze sono spiegate in IPC-6018B, Specifiche di qualificazione e prestazioni per la radiofrequenza (Microonde) Circuiti stampati. “Alta frequenza” è una delle tre principali classificazioni dei circuiti stampati dell'IPC (le altre due classificazioni sono “rcoraggioso” e “flessibile” circuito).
Progettazione PCB a microonde
Requisiti speciali
Chiunque non sappia nulla delle peculiarità di queste gamme di frequenza scuoterà prima la testa su questo capitolo. Perché non solo – a causa delle perdite che si verificano – devono essere usati materiali per circuiti stampati diversi dalle basse frequenze (molto spesso a base di teflon o ceramica, ma anche da nuovo, materiali organici appositamente sviluppati. I componenti del PCB a microonde hanno un aspetto diverso (l'optimum al momento è l'uso di componenti chip SMD di dimensioni 0603 o meglio 0402, dove “0402” significa una dimensione di 1 mm x 0,5 mm) e ne vengono costantemente aggiunti di nuovi. Inoltre, completamente diverso “tecnologia di cablaggio” deve essere utilizzato sui circuiti stampati per far funzionare correttamente i circuiti.
L '"opzione di riempimento di massa" fornita da Target (e propagato per questo scopo) in tali circuiti è sufficiente solo fino a qualche centinaio di megahertz prima che inizino nuovi problemi e il metodo descritto di seguito deve essere finalmente cambiato.
Passa basso LC semplice per la resistenza alle onde
Diamo un'occhiata a un semplice passaggio basso LC per la resistenza d'onda Z = 50 e una frequenza di taglio di 100 MHz. I valori dei componenti dei PCB a microonde stessi si ottengono dopo aver immesso i parametri del filtro in uno dei moderni programmi di filtraggio. Tutti i componenti possono essere utilizzati solo nella versione SMD (Qui: 1206 per i condensatori, le bobine, d'altra parte, come “2220” con un collegamento a terra aggiuntivo per l'alloggiamento della schermatura).
Tutto ciò è ancora possibile e sembra abbastanza normale. È solo con il circuito stampato che diventa più interessante:
La parte inferiore del circuito stampato è dotata di una superficie di terra continua (= GND) e tutto ciò che deve essere collegato a terra ha il suo "cuscinetto di messa a terra" sulla parte superiore con il maggior numero possibile di fori passanti.
Nella serie, gli stessi fori passanti sono, ovviamente, progettato come “veri fori passanti”. L'uso di rivetti cavi argentati con un diametro di 0.8 mm (= anche testato fino a 10 GHz) funziona molto bene con la prima scheda di test.
I collegamenti di ingresso e uscita possono essere effettuati solo tramite linee microstrip con la corretta impedenza d'onda Z e la corrispondente larghezza corretta (che ovviamente dipende dal materiale del conduttore, lo spessore del pannello e – Sfortunatamente – anche un po 'sulla frequenza operativa.
Ovviamente, con condensatori di filtro con i loro valori spesso storti, non cerchi di trovare cose così esotiche da nessuna parte. Sono facilmente realizzabili collegando in parallelo fino a tre valori standard SMD della serie standard E12. Riduce anche l'autoinduttanza complessiva e quindi sposta la risonanza naturale a frequenze più alte. Deviazioni fino a 1 … 2% del valore totale sono tollerabili, ecco perché sostituiamo il 33.2 pF con 33 pF e il 57.2 pF con 56 pF nel nostro esempio.
Le nuove richieste
La gestione del programma CAD PCB e le sue proprietà cambiano in modo significativo. Le nuove richieste per questo processo di PCB a microonde assomigliano a questo:
un) Non è possibile utilizzare né un autorouter né un autoplacer. La posizione di ciascun componente sulla scheda del circuito deve garantire i cavi di collegamento più corti al componente successivo (perché ogni millimetro di cavo in più può significare un'induttanza aggiuntiva). Ciò significa che i componenti devono poter essere spostati con la massima precisione senza problemi o ruotati di qualsiasi angolo. E tutto a mano.
b) D'altra parte, le piazzole di saldatura per i componenti SMD devono essere le più piccole possibile, perché portano capacità aggiuntive nel circuito. Queste capacità devono già essere prese in considerazione nella progettazione e nella simulazione del circuito …
c) Molto spesso sei costretto a progettare nuovi pad di saldatura SMD o anche nuovi alloggiamenti, perché di solito non c'è nulla nella libreria per i componenti speciali richiesti. Questa non dovrebbe essere una scienza segreta e dovrebbe avvenire molto rapidamente.
d) La possibilità di creare le "vie" (= placcatura passante) deve essere disponibile.
e) Le superfici del terreno richieste devono essere facili da creare e liberare automaticamente i fori delle vie.
f) Alla fine, le piste conduttrici non devono essere arrotondate, la loro larghezza e lunghezza devono essere regolabili entro un centesimo di millimetro.
g) Il livello più basso del circuito stampato è completamente dotato di uno strato di rame, a cui è collegato “GND” (= terra) tramite i vias.
h) conseguentemente, il cablaggio viene eseguito solo in alto (generalmente: livello 1). Ovviamente, bisogna stare molto attenti che gli alloggiamenti dei circuiti integrati o dei transistor possano essere specchiati correttamente se sono stati progettati per l'uso al livello più basso.
Esempio di design ( PCB a microonde ): 100 MHz – passa basso
Ora vogliamo capire il processo di progettazione completo per il passa basso sopra.
Passo 1:
Iniziamo un nuovo progetto “Circuito stampato con schema elettrico” e dagli un nome adatto.
Passo 2:
Passiamo allo schema del circuito, prendi un “foglio DIN A4 verticale” dal “libreria di cornici” (FRAME.BTL3001) e metterlo sullo schermo. È meglio etichettare subito il campo di testo, altrimenti lo dimenticherai più tardi.
Passo 3:
Ora viene disegnato il diagramma PCB a microonde. I condensatori vengono come “C 1206” dal “C.BTL3001” biblioteca, le bobine come “L” dal “L.BTL3001” biblioteca.
I marker di entrata e di uscita possono essere trovati come “Riferimenti” nel menu a tendina “Altri componenti”. Puoi trovarlo posizionando il cursore sul simbolo del transistor nella barra di scorrimento e quindi facendo scorrere il puntatore del mouse un po 'a destra.
Lì ottieni anche i simboli di massa.
Non dimenticare: ogni componente nel PCB del microonde viene ora cliccato per primo per contrassegnarlo. Quindi premere “w” finché il mirino non lampeggia. Con “un” entri nel menu di modifica e inserisci il valore esatto del componente lì.
Passo 4:
Ora abbiamo bisogno del circuito stampato e passare alla schermata del circuito facendo clic sul simbolo del circuito. Lì prima eliminiamo la cornice a volte disegnata per ottenere uno schermo assolutamente vuoto. Quindi facciamo clic sul simbolo IC nella barra di scorrimento e recuperiamo una scheda con le dimensioni di 30 mm x 50 mm tramite “Alloggio gratuito” e la biblioteca “PLATINEN.GHS3001”.
Passo 5:
Ora questa scheda è ingrandita per riempire il formato. Quindi dovresti andare rapidamente dietro il file “pulsante con l'occhio” per modificare brevemente la griglia dello schermo a 1 mm. Questo rende più facile avvicinarsi alle posizioni del 4 fori di montaggio, come dovrebbero sedersi 3 mm dal bordo della tavola.
Fatto ciò, il cursore viene spostato il più precisamente possibile nell'angolo inferiore sinistro del tabellone. Il tasto della tastiera “Pos1” dichiara immediatamente questo angolo come il punto zero relativo del nostro sistema (coordinate 0 | 0) e spostiamo il mouse nella posizione “3mm | 3mm “. Lì premiamo il “punto” sulla tastiera due volte di seguito (per impostare il via) e quindi tagliare il cavo di collegamento in svolgimento con “Fuga”.
Il resto 3 i fori vengono creati allo stesso modo. Le tue posizioni sono:
3mm | 27mm 47mm | 3mm 47mm | 27mm
Si prega di ripristinare la griglia dello schermo a 0,1 mm ora!
Passo 6:
Ora metti un orizzontale “linea ausiliaria” attraverso la scheda PCB del microonde. Deve andare chiaramente a sinistra ea destra oltre il bordo del tabellone e avere esattamente la stessa larghezza del 50 ohm linea microstrip. Non preoccuparti … dopo le seguenti azioni questa riga verrà cancellata! Per farlo, apriamo il menu degli strumenti di disegno, clicca sul “retta” e poi sulla lettera “il” (per le opzioni).
Ora è necessario impostare la larghezza della linea su 1.83 mm, non arrotondare le estremità e selezionare il livello 16 (vale a dire. rame in cima).
Disegna anche una linea ausiliaria verticale più stretta (larghezza leggermente inferiore. Qui: 0.5 mm) come asse verticale di simmetria. Ecco come appare alla fine.
Passo 7:
Ora posizionate prima il condensatore centrale C2 al centro contrassegnato in questo modo. Non dimenticare di attivare il file “Montare SMD in alto” quando si seleziona l'opzione “1206” alloggiamento e quindi utilizzare il “d” chiave per girare il componente 90 gradi prima di appoggiarlo.
Ecco come appare il centro della scheda PCB a microonde immediatamente prima che il condensatore venga appoggiato.
Passo 8:
Per entrambe le bobine scegliamo l'alloggiamento SMD 2220 e disporli come mostrato nell'immagine a lato. però, si prega di mostrare le linee aeree in anticipo (= livello 27) e ruotare i componenti in modo che le linee dell'aria corrispondano correttamente al cablaggio. E non l'opzione “popolare SMD in alto …”
dimenticare.
Passo 9:
Ora è il momento di collegare i due condensatori esterni, che sono posti sotto i collegamenti della bobina.
Passo 10:
Ora possiamo eliminare i nostri due “linee ausiliarie” e tirare tre pezzi di cavo con una larghezza di 1.83 mm come “cablaggio microstriscia” da sinistra a destra.
Prima in questo modo …
allora così!
Passo 11:
Ora diamo a ciascun condensatore un bel campo di 5 vias per la sua connessione a terra.
Ti ricordi? È necessario spostare il cursore nella posizione desiderata e quindi premere il tasto “punto” sulla tastiera due volte di seguito. Quindi il filo di collegamento aggiuntivo viene tagliato con “FUGA”.
(Un diametro del foro di 0.6 mm, un'aura di 0.3 mm e un diametro di 1.5 mm sono stati selezionati).
Passo 12:
E perché funziona già bene, disponiamo nella metà superiore due tappetini per la messa a terra delle coppe schermanti della bobina.
Passo 13:
Dagli strumenti di disegno (= bottone con la matita) otteniamo il file “rettangolo pieno” e premete “il” per le opzioni. I rettangoli devono essere a livello 16 (= rame in alto) e dovrebbe combinare tutte e cinque le vie di una connessione a terra.
per fortuna, i fori nelle vie vengono automaticamente mantenuti liberi dal programma – non dobbiamo fare nulla al riguardo.
Passo 14:
Non dovresti mai dimenticarlo:
un'etichetta adeguata sul lato superiore in rame (livello 16) deve essere, perché altrimenti il produttore di PCB a microonde non sa cosa è su o giù e potremmo ottenere A. “rispecchiato” bordo potrebbe essere stato fornito.
Troviamo anche l'opzione testo dietro il pulsante con la matita.
Passo 15:
E per rimettere le cose a posto, andiamo dietro il “pulsante con la bacchetta magica” per attivare l'opzione di riempimento dell'area di massa.
Rilasciamo il lato inferiore (livello 2 = rame sotto) e selezionare il segnale “GND”.
Quindi il programma viene avviato.
Ecco come sembra.
Ultimo passo:
Per stampare la parte superiore del tabellone, passiamo solo ai livelli 16 (= rame in alto), 23 (= contorno) e 24
(= Fori). Quindi possiamo dare un'occhiata più da vicino a come apparirà la scheda PCB a microonde.
Specifiche di qualificazione e prestazioni del PCB a microonde
IPC-6012, specifica di qualificazione e prestazione per circuiti stampati rigidi e IPC-6013, qualificazione e specifica delle prestazioni per PCB flessibile.
Tipicamente, l'IPC cerca di aggiornare contemporaneamente queste tre specifiche di qualificazione e prestazioni. IPC-6018 è stato pubblicato a gennaio 2002 problema "A".
Materiale PCB per microonde
Il mercato della tecnologia a microonde ha un numero di utenti significativamente inferiore rispetto alle tecnologie PCB convenzionali. Ci sono solo un piccolo numero di fornitori di PTFE, il materiale Teflon che viene spesso utilizzato per substrati a onde micron. È in forte contrasto con le molte imprese, la piastra metallica sulla base dei laminati FR-4. però, quando si tratta dell'uso dei materiali, il termine "piccolo numero" diventa rapidamente relativo nell'enorme industria elettronica. Attualmente sono in uso numerose schede PCB a microonde.
Applicazione PCB a microonde
“Questa tecnologia viene utilizzata in molte applicazioni commerciali come le stazioni base cellulari e i prodotti militari oggi,” ha detto Michael Luke, presidente del sottocomitato IPC D-22 che ha sviluppato la direttiva IPC-6018.
Poiché le velocità dei chip semiconduttori continuano ad aumentare, le tecnologie a microonde saranno necessarie anche in altri settori.
Linee guida per la produzione di PCB a microonde
Le aggiunte riguardano numerosi cambiamenti riguardanti i materiali del substrato del circuito stampato e le piste conduttrici su di essi. Le piste conduttrici nella gamma delle microonde hanno parametri di prestazione significativamente diversi da quelli utilizzati per i circuiti stampati convenzionali. Molte tracce di una tipica scheda PCB a microonde possono essere progettate secondo i requisiti IPC per circuiti stampati rigidi e flessibili. Nelle aree in cui sono presenti segnali a microonde ad alta velocità, tuttavia, Valori dei parametri completamente diversi si applicano alla larghezza del conduttore, spessore e spaziatura. Non c'è quindi dubbio che una linea guida diversa debba essere usata quando si acquistano circuiti stampati a microonde.
Ci sono anche differenze nei substrati. In contrasto con i substrati FR-4 dei circuiti stampati convenzionali, la maggior parte dei PCB a microonde sono basati su PTFE (Teflon). I laminati PTFE hanno le loro proprietà quando i singoli strati vengono laminati. La stabilità dimensionale è completamente diversa, io. H. Progettisti e produttori devono tenerne conto durante la disposizione dei circuiti stampati e il posizionamento di fori interrati o ciechi o altri elementi che richiedono la perforazione.
Quando questi fori vengono praticati, residuo di resina noto come “sbavatura di resina” può rimanere quando si forma la parete del foro. “La linea guida IPC-6018B contiene criteri speciali per la rimozione dei residui di resina (sbavatura di resina), che tengono conto delle proprietà speciali dei laminati per circuiti stampati ad alta frequenza. È un grosso problema con i circuiti stampati in PTFE, "Ha detto Perry.
Dal completamento del numero A all'inizio 2002, si sono verificati numerosi altri cambiamenti. Gli sviluppatori della direttiva hanno aggiunto alla sezione informazioni di riferimento su resistori passivi e condensatori 3 [REQUISITI]. La nuova versione ha anche migliorato i requisiti per le rotture dei bordi di saldatura, che possono sorgere ogni volta che non vengono praticati fori al centro delle pastiglie. Anche il tema dello stress termico è stato rivisto per tenere conto dei progressi compiuti dai processi di riflusso di convezione per prove di stress termico su provini a terra o campioni da circuiti stampati di produzione.
