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. “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).
Chiunque non sappia nulla delle peculiarità di queste gamme di frequenza scuoterà prima la testa su questo capitolo. Because not only – because of the losses that occur – other circuit board materials than at low frequencies have to be used (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, where “0402” means a size of 1mm x 0.5mm) e ne vengono costantemente aggiunti di nuovi. Inoltre, a completely different “wiring technology” must be used on the printed circuit boards in order to make the circuits work properly.
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.
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, as “2220” with an additional ground connection for the shielding housing).
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, designed as “real plated-through holes”. 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, the board thickness and – unfortunately – also somewhat on the operating frequency.
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.
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. These capacities must already be taken into account in the design and circuit simulation …
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, which is connected to “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.
Ora vogliamo capire il processo di progettazione completo per il passa basso sopra.
Passo 1:
We start a new project “Circuit board with circuit diagram” and give it a suitable name.
Passo 2:
Passiamo allo schema del circuito, get a “vertical DIN A4 sheet” from the “frame library” (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. 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”. 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. Then press “w” until the crosshair flashes. With “ä” you get into the change menu and enter the exact component value there.
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. 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”.
Passo 5:
Ora questa scheda è ingrandita per riempire il formato. Then you should quickly go behind the “button with the eye” to briefly change the screen grid to 1mm. 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. The keyboard key “Pos1” immediately declares this corner as the relative zero point of our system (coordinate 0 | 0) and we move the mouse to the position “3mm | 3mm “. There we press the “dot” on the keyboard twice in succession (per impostare il via) and then cut off the unwinding connecting wire with “Escape”.
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:
You now place a horizontal “auxiliary line” across the microwave PCB board. Deve andare chiaramente a sinistra ea destra oltre il bordo del tabellone e avere esattamente la stessa larghezza del 50 ohm linea microstrip. Don’t worry … after the following actions this line will be deleted! Per farlo, apriamo il menu degli strumenti di disegno, click on the “straight line” and then on the letter “o” (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. 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 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. And not the option “populate SMD on top …”
dimenticare.
Passo 9:
Ora è il momento di collegare i due condensatori esterni, che sono posti sotto i collegamenti della bobina.
Passo 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 …
allora così!
Passo 11:
Ora diamo a ciascun condensatore un bel campo di 5 vias per la sua connessione a terra.
Ti ricordi? 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 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) we get the “filled rectangle” and press “o” for the options. 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, the holes in the vias are automatically kept free by the program – we don’t have to do anything about that.
Passo 14:
Non dovresti mai dimenticarlo:
un'etichetta adeguata sul lato superiore in rame (livello 16) deve essere, 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.
Troviamo anche l'opzione testo dietro il pulsante con la matita.
Passo 15:
E per rimettere le cose a posto, we go behind the “button with the magic wand” to activate the mass area filling option.
Rilasciamo il lato inferiore (livello 2 = rame sotto) and select the signal “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.
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".
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.
“This technology is used in many commercial applications such as cellular base stations and military products today,” said 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.
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, resin residue known as “resin smear” may remain when the hole wall is formed. “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.
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