16 Шаги по проектированию печатной платы для СВЧ

Печатные платы с высокоскоростными микросхемами и СВЧ структуры печатных плат имеют множество параметров, которые значительно отличаются от параметров обычных, жесткие и гибкие печатные платы. Эти различия объясняются в IPC-6018B., Квалификационные и рабочие характеристики радиочастоты (СВЧ) Печатные платы. “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).

СВЧ дизайн печатной платы

Специальные требования

Любой, кто ничего не знает об особенностях этих частотных диапазонов, сначала покачает головой над этой главой.. Because not only – because of the losses that occur – other circuit board materials than at low frequencies have to be used (очень часто на основе тефлона или керамики, но и из новых, специально разработанные органические материалы. Компоненты платы СВЧ выглядят иначе (оптимальным на данный момент является использование SMD компонентов микросхемы типоразмеров 0603 или лучше 0402, where “0402” means a size of 1mm x 0.5mm) и постоянно добавляются новые. Кроме того, a completely different “wiring technology” must be used on the printed circuit boards in order to make the circuits work properly.

«Опция массового заполнения», предоставляемая Target (и размножается с этой целью) в таких схемах достаточно только до нескольких сотен мегагерц, прежде чем начнутся новые проблемы, и метод, описанный ниже, должен быть окончательно изменен.

Простой ЖК-фильтр нижних частот для волнового сопротивления

Давайте посмотрим на простой низкочастотный фильтр LC для волнового сопротивления Z = 50 и частота среза 100 МГц. Сами значения компонентов СВЧ-платы получаются после ввода параметров фильтра в одной из современных программ фильтрации.. Все компоненты могут использоваться только в версии SMD. (здесь: 1206 для конденсаторов, катушки, с другой стороны, as “2220” with an additional ground connection for the shielding housing).

Все это еще возможно и кажется вполне нормальным.. Только с печатной платой становится интереснее:

Нижняя сторона печатной платы имеет сплошную поверхность заземления. (= GND) и все, что необходимо заземлить, имеет сверху собственную «площадку для заземления» с как можно большим количеством металлических сквозных отверстий..

В сериале, сами металлизированные отверстия, конечно, designed as “real plated-through holes”. Применение посеребренных полых заклепок диаметром 0.8 мм (= даже протестировано до 10 ГГц) очень хорошо работает с первой тестовой платой.

Входные и выходные соединения могут выполняться только через микрополосковые линии с правильным волновым сопротивлением Z и соответствующей правильной шириной. (что, конечно, зависит от материала проводника, the board thickness and – unfortunately – also somewhat on the operating frequency.

Конечно, с фильтрующими конденсаторами с их часто кривыми значениями, вы нигде не пытаетесь найти такие экзотические вещи. Их легко реализовать, подключив до трех стандартных значений SMD из стандартной серии E12 параллельно.. Даже снижает общую самоиндукцию и, таким образом, смещает собственный резонанс в область более высоких частот.. Отклонения до 1 … 2% от общей стоимости допустимы, поэтому мы заменяем 33.2 пФ с 33 pF и 57.2 пФ с 56 pF в нашем примере.

Новые требования

Работа с программой CAD для печатных плат и ее свойства значительно меняются.. Новые требования к этому процессу СВЧ печатных плат выглядят следующим образом:

а) Запрещается использовать автотрассировщик или автозагружатель.. Расположение каждого компонента на печатной плате должно обеспечивать кратчайшие соединительные кабели к следующему компоненту. (потому что каждый дополнительный миллиметр кабеля может означать дополнительную индуктивность). Это означает, что компоненты должны иметь возможность без проблем перемещаться с максимальной точностью или вращаться на любой угол.. И все вручную.

б) С другой стороны, контактные площадки для компонентов SMD должны быть как можно меньше, потому что они вносят в схему дополнительные мощности. These capacities must already be taken into account in the design and circuit simulation …

c) Очень часто вам приходится разрабатывать новые контактные площадки для пайки SMD или даже новые корпуса., потому что обычно в библиотеке нет ничего для требуемых специальных компонентов. Это не должно быть секретной наукой и должно произойти очень быстро..

d) Возможность создания «переходных отверстий» (= сквозное покрытие) должен быть доступен.

е) Требуемые поверхности должны легко создаваться и автоматически очищать отверстия переходных отверстий..

ж) В конце, кондукторные дорожки не должны быть закруглены, их ширина и длина должны регулироваться с точностью до сотых долей миллиметра..

грамм) Самый нижний уровень печатной платы полностью покрыт слоем меди., which is connected to “GND” (= земля) через переходные отверстия.

час) вследствие этого, проводка ведется только сверху (обычно: уровень 1). Конечно, вы должны быть очень осторожны, чтобы корпуса микросхем или транзисторов могли быть отражены правильно, если они были разработаны для использования на самом низком уровне.

Пример дизайна ( микроволновая печатная плата ): 100 MHz – low pass

Теперь мы хотим понять весь процесс проектирования нижнего прохода выше..

Шаг 1:
We start a new project “Circuit board with circuit diagram” and give it a suitable name.

Шаг 2:
Переходим на принципиальную схему, get a “vertical DIN A4 sheet” from the “frame library” (РАМА.BTL3001) и положи на экран. Лучше сразу же пометить текстовое поле, иначе ты забудешь это позже.

Шаг 3:
Нарисована микроволновая схема печатной платы.. 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”. Вы можете найти его, поместив курсор на символ транзистора на полосе прокрутки, а затем сдвинув указатель мыши немного вправо..

Там же вы получаете массовые символы.

Не забывай: каждый компонент в микроволновой печатной плате теперь щелкается первым, чтобы пометить его. Then press “w” until the crosshair flashes. With “ä” you get into the change menu and enter the exact component value there.

Шаг 4:
Теперь нам нужна печатная плата и переключимся на экран печатной платы, нажав на символ печатной платы.. Там мы сначала удаляем иногда нарисованный фрейм, чтобы получить абсолютно пустой экран.. 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”.

Шаг 5:
Теперь эта доска увеличена, чтобы заполнить формат. Then you should quickly go behind the “button with the eye” to briefly change the screen grid to 1mm. Это облегчает подход к позициям 4 монтажные отверстия, как они должны сидеть 3 мм от края доски.

Как только это будет сделано, курсор катится как можно точнее в нижний левый угол доски. The keyboard key “Pos1” immediately declares this corner as the relative zero point of our system (координаты 0 | 0) and we move the mouse to the position “3mm | 3mm “. There we press the “dot” on the keyboard twice in succession (установить переходное отверстие) and then cut off the unwinding connecting wire with “Escape”.

Остальные 3 дыры создаются таким же образом. Ваши позиции:
3мм | 27мм 47мм | 3мм 47мм | 27мм

Пожалуйста, сбросьте сетку экрана на 0,1 мм сейчас!

Шаг 6:

You now place a horizontal “auxiliary line” across the microwave PCB board. Он должен четко проходить слева и справа по краю доски и иметь точно такую ​​же ширину, как и 50 Ом микрополосковая линия. Don’t worry … after the following actions this line will be deleted! Сделать это, открываем меню инструментов рисования, click on the “straight line” and then on the letter “o” (для вариантов).

Теперь необходимо установить ширину линии на 1.83 мм, не закруглять концы и выбрать уровень 16 (т.е.. медь сверху).

Вы также рисуете более узкую вертикальную вспомогательную линию (ширина немного меньше. Здесь: 0.5 мм) как вертикальная ось симметрии. Вот как это выглядит в конце.

Шаг 7:

Теперь вы сначала поместите средний конденсатор C2 в центр, отмеченный таким образом.. 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 градусов перед тем, как положить его.

Так выглядит центр микроволновой печатной платы непосредственно перед установкой конденсатора..

Шаг 8:

Для обеих катушек выбираем SMD-корпус. 2220 и расположите их, как показано на картинке напротив. тем не мение, пожалуйста, покажите заранее воздуховоды (= уровень 27) и поверните компоненты так, чтобы воздуховоды соответствовали проводке.. And not the option “populate SMD on top …”
забывать.

Шаг 9:

Пришло время подключить два внешних конденсатора., которые расположены под соединениями катушек.

Шаг 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 …

тогда вот так!

Шаг 11:

Теперь дадим каждому конденсатору красивое поле 5 переходные отверстия для заземления.
Ты помнишь? 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”.

(Диаметр отверстия 0.6 мм, аура 0.3 мм и диаметром 1.5 мм были выбраны).

Шаг 12:

И потому что это уже хорошо работает, выкладываем в верхнюю половину два небольших коврика для заземления экранирующих чашек катушек.

Шаг 13:

Из инструментов рисования (= пуговица с карандашом) we get the “filled rectangle” and press “o” for the options. Прямоугольники должны быть на уровне 16 (= медь сверху) и должен объединить все пять переходных отверстий заземления.

к счастью, the holes in the vias are automatically kept free by the program – we don’t have to do anything about that.

Шаг 14:

Вы никогда не должны забывать об этом:
подходящая этикетка на верхней медной стороне (уровень 16) должно быть, 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.
Мы также находим текстовый вариант за кнопкой с карандашом.

Шаг 15:

И сделать все вокруг, we go behind the “button with the magic wand” to activate the mass area filling option.

Освобождаем нижнюю грань (уровень 2 = медь внизу) and select the signal “GND”.

Затем программа запускается.

Вот как это выглядит.

Последний шаг:

Чтобы распечатать верхнюю часть доски, мы переключаемся только на уровни 16 (= медь сверху), 23 (= контур) а также 24
(= Скважины). Затем мы можем более подробно рассмотреть, как будет выглядеть микроволновая печатная плата..

Квалификационные и рабочие характеристики печатной платы СВЧ

IPC-6012, квалификационная и эксплуатационная спецификация для жесткие печатные платы и МПК-6013, квалификация и технические характеристики гибкой печатной платы.

Обычно, IPC пытается обновить эти три квалификационные и рабочие характеристики одновременно. IPC-6018 был опубликован в январе. 2002 выпуск «А».

Материал печатной платы СВЧ

На рынке микроволновой техники значительно меньше пользователей, чем у традиционных технологий печатных плат.. Есть лишь небольшое количество поставщиков ПТФЭ., тефлоновый материал, который часто используется для подложек микронных волн. Это сильно отличается от многих предприятий., проволочная плита на основе ламината FR-4. тем не мение, когда дело доходит до использования материалов, термин «небольшое количество» быстро становится относительным в огромной электронной промышленности.. В настоящее время используются многочисленные печатные платы для микроволновых печей..

Микроволновая печь для печатных плат

“This technology is used in many commercial applications such as cellular base stations and military products today,” said Michael Luke, председатель подкомитета IPC D-22, который разработал директиву IPC-6018.

Поскольку скорость полупроводникового чипа продолжает расти, СВЧ-технологии потребуются и в других областях..

Руководства по производству микроволновых печатных плат

Дополнения касаются многочисленных изменений, касающихся материалов подложек печатных плат и проводящих дорожек на них.. Проводящие дорожки в микроволновом диапазоне имеют значительно другие рабочие параметры, чем те, которые используются для обычных печатных плат.. Многие следы типичной микроволновой печатной платы могут быть спроектированы в соответствии с требованиями IPC для жестких и гибких печатных плат.. В зонах присутствия высокоскоростных микроволновых сигналов., тем не мение, совершенно разные значения параметров применяются для ширины проводника, толщина и интервал. Поэтому нет никаких сомнений в том, что при закупке печатных плат для микроволновых печей должны использоваться другие правила..

Также есть отличия в подложках.. В отличие от подложек FR-4 обычных печатных плат, большинство микроволновых печатных плат основаны на PTFE (Тефлон). Ламинат из ПТФЭ имеет свои собственные свойства при ламинировании отдельных слоев.. Стабильность размеров совершенно другая., я. ЧАС. Конструкторы и производители должны учитывать это при компоновке печатных плат и размещении заглубленных отверстий, глухих отверстий или других элементов, требующих сверления..

Когда эти отверстия просверлены, resin residue known as “resin smear” may remain when the hole wall is formed. «Директива IPC-6018B содержит специальные критерии для удаления остатков смолы. (мазок смолы), которые учитывают особые свойства ламинатов высокочастотных печатных плат. Это большая проблема с печатными платами из PTFE., - сказал Перри..

С момента завершения выпуска А в начале 2002, произошло множество других изменений. Разработчики директивы добавили справочную информацию о пассивных резисторах и конденсаторах в раздел 3 [ТРЕБОВАНИЯ]. В новой версии также улучшены требования к обрывам кромок пайки., которые могут возникнуть, если отверстия не просверлены в середине колодок. Тема термического напряжения также была пересмотрена, чтобы учесть прогресс, достигнутый процессами конвекционного оплавления для испытаний на термическую нагрузку на заземленных образцах или образцах с промышленных печатных плат..