मेरे 50 is ग्राउंडेड कॉपलनार वेवगाइड में क्या गलत है?

Question

मैं EFR32BG13 ब्लूटूथ लो एनर्जी SoC के आसपास निर्मित 4-लेयर डिज़ाइन पर काम कर रहा हूं। एक मिलान सर्किट बनाने के लिए एंटीना के प्रतिबाधा को मापने की कोशिश करते हुए, मुझे पता चला कि मेरे शॉर्ट ग्राउंडेड कॉपलनार वेवगाइड (GCPW) ट्रांसमिशन लाइन एक ट्रांसमिशन लाइन की तुलना में एंटीना की तरह अधिक कार्य कर रही थी।

समस्या के कारण को कम करने के लिए, मैंने एक साधारण 4-लेयर ट्रांसमिशन लाइन टेस्ट बोर्ड बनाया, जो यहाँ चित्रित है:

बोर्ड 100 मिमी वर्ग है। मेरे पास ये बोर्ड ALLPCB द्वारा निर्मित थे, जो सभी परतों पर 35 onm तांबा और पहले दो परतों के बीच 0.175 मिमी ढांकता हुआ (ढांकता हुआ निरंतर 4.29) निर्दिष्ट करते हैं। AppCAD का उपयोग करते हुए, मैंने पाया कि 0.35 मिमी ट्रेस चौड़ाई और 0.25 मिमी अंतराल के साथ एक डिजाइन 48.5 ance का प्रतिबाधा पैदा करता है। बोर्ड के लिए शीर्ष परत ऊपर लाल रंग में दिखाई गई है। अन्य तीन परतें जमीनी विमान हैं जो इस तरह दिखते हैं:

मुझे आज बोर्ड प्राप्त हुए और नीचे से दूसरे खंड के लिए S21 का परीक्षण करके शुरू किया - GCPW का एक सीधा टुकड़ा SMA कनेक्टर्स के साथ या तो अंत तक। मैंने HP 8753C / HP 85047A का उपयोग पोर्ट 1 और 2 से जुड़ी एक छोटी लंबाई के साथ किया और परीक्षण बोर्ड कोक्स की लंबाई के बीच जुड़ा हुआ था। मेरे आश्चर्य से बहुत कुछ, यही मैंने देखा:

2.45 GHz पर, मेरी ट्रांसमिशन लाइन में -10 dB की प्रतिक्रिया है। यदि मैं बोर्ड को "थ्रू" कनेक्टर से प्रतिस्थापित करता हूं, तो मैं ठीक वही देखता हूं जो मैं उम्मीद करता हूं:

मैं थोड़ा नुकसान में हूं, जैसा कि मैंने सोचा था कि पहला परीक्षण एक स्लैम डंक होगा और मैं इसके ऊपर अधिक जटिल परीक्षणों के साथ मुद्दों को ढूंढना शुरू करूंगा। मेरे पास एक VNA है और सीखने की तीव्र इच्छा है कि मैं यहां क्या गलत कर रहा हूं। क्या आप मेरी परीक्षण पद्धति या GCPW डिज़ाइन के साथ कोई समस्या देख सकते हैं? सभी में कोई मदद काफी सराहना की जाएगी!

संपादित करें: जैसा कि नील_के द्वारा सुझाया गया है, मैंने सोल्डर मास्क को दूर करके और फिर मिलाप के साथ अंतर को कम करके एक बोर्ड पर थर्मल को हटा दिया है। इस विन्यास के साथ S11 और S21 को मापना निम्नलिखित परिणाम देता है:

पिछले परिणाम के साथ S21 प्लॉट की तुलना करने पर, कोई भी अंतर नहीं लगता है।

संपादित करें 2: जैसा कि mkeith द्वारा सुझाया गया है, मैंने पुराने "स्कोर और ब्रेक" पद्धति का उपयोग करते हुए आराम के अलावा अपने टेस्ट बोर्ड के "स्ट्रिप्स" में से एक को विभाजित किया है। मैंने जिस बोर्ड को तोड़ने के लिए चुना था, वही बोर्ड है जिस पर मैंने थर्मल निकाले थे, इसलिए यह परिणाम पूर्ववर्ती कथानक पर एक और संशोधन है। यह रहा:

S11 प्लॉट में गर्तों का गहरा होना है, लेकिन ट्रांसमिशन लाइन के रूप में बोर्ड की कार्यक्षमता में कोई उल्लेखनीय सुधार नहीं होना।

संपादित करें 3: यहाँ बोर्ड की सबसे हाल की तस्वीर है:

संपादित करें 4: एक SMA कनेक्टर के दोनों किनारों के क्लोज़-अप शॉट्स:

SMA कनेक्टर Molex 0732511150 है। पीसीबी भूमि यहां डेटाशीट में सिफारिशों का पालन करती है:

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

संपादित करें 5: यहाँ एक किनारे के पास बोर्ड का एक क्रॉस-सेक्शन है:

निर्माता के विनिर्देशों से हरे रंग की रेखाओं को छोटा किया जाता है, जिन्हें यहां कॉपी किया गया है:

संपादित करें 6: यहां बोर्ड की एक ऊपर-नीचे की तस्वीर है जिसमें अपेक्षित आयामों को दर्शाते हुए लाल रंग की लाइनें हैं:

संपादित करें 7: बड़े केंद्र SMA भूमि के प्रभाव को सत्यापित करने के लिए, मैंने एक बोर्ड पर केंद्रीय पैड को दूर किया ताकि यह बाकी ट्रेस के समान चौड़ाई हो। फिर मैंने दोनों तरफ के मैदानों का विस्तार करने के लिए तांबे के टेप का उपयोग किया:

फिर मैंने S11 और S21 को रिटेन किया:

ऐसा लगता है कि S11 में काफी सुधार हुआ है, जो मुझे यह विश्वास दिलाता है कि बड़े केंद्र की भूमि वास्तव में, प्रतिध्वनि के कारण रेखा के दोनों छोर पर एक समाई बना रही थी।

संपादित करें 8: कैसे GCPW के लिए SMA से संक्रमण को संभालने के लिए पर कुछ मार्गदर्शन के लिए देख रहे हैं, मैं इस श्वेत पत्र भर में आया था:

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

जबकि कागज विशेष रूप से एक उच्च आवृत्ति सब्सट्रेट के उपयोग को संदर्भित करता है, मुझे लगता है कि यह अभी भी यहां लागू है। दो मुख्य बिंदु मेरे लिए खड़े हैं:

1. जीसीपीडब्ल्यू को बोर्ड के किनारे तक सभी तरह से जारी रखना चाहिए।
2. उच्च आवृत्ति अंत लॉन्च SMA कनेक्टर्स GCPW पर इसके प्रभाव को कम करने के लिए एक केंद्र पिन का उपयोग करते हैं जो छोटा और संकरा होता है। ट्रांसमिशन लाइन पर एक पतली केंद्रीय कंडक्टर के साथ इस तरह के आवेदन के लिए ये अधिक उपयुक्त हो सकते हैं।

Comments

मैं भी हैरान हूं। और इस क्षेत्र के विशेषज्ञ नहीं। लेकिन ऐसा लगता है कि आपने जीएनडी प्लेन में अंतराल डाल दिया है, ताकि विभिन्न परीक्षण खंडों के मैदान जुड़े न हों। हो सकता है कि अगले परीक्षण खंड की निकटता किसी तरह चीजों को बढ़ा रही हो। क्या आप बोर्ड को काट सकते हैं ताकि केवल एक परीक्षण सर्किट हो? प्रति बोर्ड? यदि आप उनके पास हैं, तो आप विशालकाय कैंची से पीसीबी को काट सकते हैं। या एक कटिंग व्हील के साथ एक डरमेल।

— मैके

मैं निश्चित रूप से कोशिश कर सकते हैं! मैं इसे कल शॉट दूँगा और परिणाम के साथ अपनी पोस्ट संपादित करूँगा।

— माइकल कूपर

और यदि संभव हो तो, बोर्ड में कोई भी मोड बनाने से पहले शायद S11 को मापें।

— मैके

छवियों के साथ कुछ अजीब चल रहा है; ग्राउंड प्लेन एज कनेक्टर के थर्मल के नीचे नहीं दिख रहा है। यह पीसीबी सॉफ्टवेयर का सिर्फ एक "फीचर" हो सकता है, लेकिन जमीनी विमान सबसे ऊपरी "स्ट्रिप" में थर्मल के नीचे ठीक दिखाई दे रहा है। इसके अलावा, मैं शब्द के किसी भी खिंचाव से एक rf आदमी नहीं हूं, इसलिए शायद यह पूरी तरह से सामान्य है, लेकिन क्या जमीनी विमानों पर वास्तव में कुछ अजीब हैच पैटर्न है, या यह है कि ठोस तांबे के लिए पीसीबी सॉफ्टवेयर का उपयोग करता है pours? क्या पीसीबी को पीछे देखना संभव होगा, या बेहतर अभी तक, ऑर्डर करने के लिए उपयोग की जाने वाली वास्तविक गेरबर फाइलें?

— अलेक्सी तोराहो

ऐसा लगता है कि S11 डिप्स लगभग 850 MHz से अलग हो गए हैं। यदि मैं गलत नहीं हूँ तो प्रभावी ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 3.5 होना चाहिए।

— मकिथ

Answer 1

SMAs को ग्राउंड करते समय आपको 'थर्मल्स' का उपयोग नहीं करना चाहिए। उन ग्राउंड टैब को सीधे बड़े ग्राउंड प्लेन पर जाना चाहिए। यह मिलाप के लिए भी कठिन नहीं होगा, एसएमए के थोक को वैसे भी गर्म करना पड़ता है, इसलिए प्रत्येक एसएमए के ग्राउंड में उन तीन मुद्रित इंडिकेटर्स की कोई आवश्यकता नहीं है।

यदि आप अपने S21 प्लॉट पर रिपल को देखते हैं, तो रिपीटिंग रिपल आपके बोर्ड की चौड़ाई के अलावा खराब मैच पॉइंट होने के साथ संगत है। यह पूरी कहानी नहीं हो सकती है, लेकिन अधिक सूक्ष्म विवरण की तलाश करने से पहले इस स्पष्ट समस्या को सुलझा लें।

आपको रीमेक प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं है, आप किसी भी प्रतिरोध को खत्म कर सकते हैं और एक त्वरित फिक्स के रूप में मिलाप के साथ कटौती को पा सकते हैं। अपनी पोस्ट को संपादित करें और जब आपने ऐसा किया हो तो नए माप जोड़ें। BTW, S11 आमतौर पर S21 की तुलना में 'अपेक्षित अच्छी' थ्रू लाइनों पर बनाने के लिए एक अधिक संवेदनशील माप है, हालांकि मैं मानता हूं, यह S21 बहुत बुरा है।

बोर्ड सामग्री क्या है (महत्वहीन विवरण नहीं)?

(संपादित करें)

तो यह थर्मल नहीं है, हम केवल 3 जीएचजेड हैं जो मुझे लगता है।

क्या रेखा की सही गणना की गई है? उन आयामों के साथ, यह कैलकुलेटर 48.93 देता है, लेकिन यह स्पष्ट रूप से शून्य मोटाई तांबा का उपयोग कर रहा है। यह 35.4 तांबा के साथ 47.42 देता है, और शून्य मोटाई के लिए दूसरे के साथ सहमत होता है, इसलिए डिजाइन प्रशंसनीय लगता है। उन अंतरों से जो आपने ग्रहण किया है, माप को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं।

क्या बोर्ड सही तरीके से निर्मित है?

चौड़ाई और अंतराल आयाम एक माइक्रोस्कोप के साथ मापना आसान होगा। सब्सट्रेट की मोटाई अधिक कठिन होगी। सब्सट्रेट ढांकता हुआ निरंतर और भी कठिन। FR4 मोटाई और ग्लास / राल अनुपात के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। क्या 0.175 मिमी की परत कोर, या पूर्व-प्रीग है? असेंबली करते समय सावधानी रखें कि प्री-प्राग कोर से बहुत अधिक भिन्न हो सकते हैं, क्योंकि असेंबली की स्थिति को कोर के निर्माण के लिए भी नियंत्रित नहीं किया जाता है।$\varepsilon_r$

ग्राउंड स्टिचिंग विअस से दूर आपके टेस्ट बोर्ड से कटे हुए बोर्ड के टुकड़े पर एक धारिता माप आपको एक संयुक्त मोटाई और ढांकता हुआ निरंतर देगा। आपके परीक्षण टुकड़ों पर एक विद्युत लंबाई माप आपको अनिवार्य रूप से ढांकता हुआ निरंतर देगा, ज्यामिति से एक छोटा सा योगदान।

आपके लिए ट्रांसमिशन लाइन की एक लंबाई मॉडल करना, और लंबाई, प्रतिबाधा, और नुकसान को समायोजित करना तुच्छ होगा, जब तक कि सिम्युलेटेड S11 और S21 आपके माप से मेल नहीं खाते, आप अपने ऑप्टिमाइज़र को अपने लिए स्वचालित रूप से ऐसा करने के लिए कह सकते हैं। क्या यह आपके परिणामों के लिए एक प्रशंसनीय मॉडल है?

मैंने देखा है कि कनेक्टर्स पर आपका सिग्नल टैब बहुत चौड़ा है, जो प्रत्येक कनेक्टर पर बहुत कम प्रतिबाधा रेखा की एक छोटी लंबाई बनाएगा, हालांकि इस लंबाई पर, एक लम्बी सी के रूप में मॉडलिंग शायद 3 जीएचजेड के लिए पर्याप्त होगी। अपने मॉडल में दो गांठ वाले Cs जोड़ें और उन सिमुलेशन को अपने परिणामों में फिट करने का प्रयास करें। कनेक्टर इंटरफ़ेस क्षेत्र का इज़ाफ़ा पोस्ट करें ताकि हम देख सकें कि वहाँ क्या हो रहा है।

(/ संपादन)

Comments

@MichaelCooper अधिक टिप्पणियों के साथ मेरा जवाब अपडेट किया गया। मैं मान रहा हूँ कि यदि आप AppCAD का उपयोग कर रहे हैं तो आपके पास एक RF सिम्युलेटर भी है। मैं विशेष रूप से SMA इंटरफ़ेस विवरण में रुचि रखता हूं। यदि आप माप के स्तर में आने की आवश्यकता है तो मैं लाइन विद्युत लंबाई को मापने के अन्य तरीके दे सकता हूं।

— नील_यूके

@ मिचेल्कोपर हाँ, मेरा अनुमान है कि तब टैब लगभग 5 मिमी लंबा और 3 मिमी चौड़ा होता है, जो कि 10ohm प्रतिबाधा है। आपके अनुकरण के लिए क्या करने जा रहा है 10ohm लाइन का 5 मिमी? यह विकीर्ण होने वाला नहीं है, लेकिन यह लाइन को प्रतिध्वनित करने का कारण बन सकता है, और लाइन में संग्रहीत ऊर्जा में वृद्धि के परिणामस्वरूप पहले से बहुत ही हानिपूर्ण एफआर 4 में वृद्धि होगी। यह प्रभाव आरएफ सर्किलों में 'चूसना-आउट' के रूप में जाना जाता है, विशिष्ट आवृत्तियों पर, जो प्रतिध्वनित होता है, आपकी सारी शक्ति गायब हो जाती है।

— नील_यूके

@MichaelCooper मेरे पास बहुत ही बुरे अनुभव हैं जो अनुशंसित पैड पैटर्न का अनुसरण करते हैं, जब कारख़ाना यह नहीं जानता कि इसका उपयोग कैसे किया जाता है। आप प्रतिबाधा को कम करने के लिए इसके नीचे जमीन के विमान को राहत दे सकते हैं, शायद पीछे से ड्रिलिंग करके? आप निश्चित रूप से एक स्केलपेल का उपयोग करके इसे टैब की चौड़ाई तक ट्रिम कर सकते हैं। न तो समाधान हैं, लेकिन प्रयोग सिमुलेशन और प्रयोग से मेल खाते हैं। विद्युत लंबाई - दो स्थानों में TX लाइन काटें, प्रत्येक कट 0.1pFish श्रृंखला की तरह दिखता है, जो आपको एक कमजोर युग्मित गुंजयमान यंत्र और एक सटीक लंबाई देता है, S21 को मापता है। $\lambda/2$

— नील_के

@MichaelCooper 3 मिमी टैब की चौड़ाई माइक्रोस्ट्रिप पर 1.6 मोटी बोर्ड के लिए ठीक है, उस के h = 1 / 10th के लिए नहीं।

— नील_यूके

@MichaelCooper विन्जेंट ने अपने जवाब में कनेक्टर के अंदर परत 2 जमीन को हटाने का सुझाव दिया। इसका मतलब है कि जमीन लंबे व्यास के माध्यम से ऊपर जा रही है, जो अतिरिक्त अधिष्ठापन को जोड़ती है। यह एक बुरी बात नहीं है, यह अतिरिक्त सी से मेल खाने में मदद करेगा, बस डिजाइन करना बहुत मुश्किल है। लेकिन यह संभवतः कनेक्टर के तहत 350um ट्रैक को जारी रखने और इसे टांका लगाने के लिए बेहतर है - बहुत नाजुक। पिन की मोटाई वैसे भी आसन्न आधार पर प्रतिबाधा को कम करेगी। संभवतः 1.6 मिमी मोटी माइक्रोस्ट्रिप में लॉन्च करने के लिए सबसे अच्छा है, फिर कनेक्टर से दूर GCPW के लिए एक डिज़ाइन किया गया संक्रमण है।

— नील_यूके

Answer 2

मुझे लगता है कि आपने डेटाशीट की गलत व्याख्या की है, या आपने इस तथ्य के लिए जिम्मेदार नहीं है कि आपके पास 4 परतें हैं और शीर्ष परत पर भी जमीन है, डिजाइन सिफारिशें इस लेआउट के लिए कॉल नहीं करती हैं।

यह कहता है "नीचे (जमीन) की ओर तांबे"

यह है कि मैं डेटाशीट की व्याख्या कैसे करता हूं;

केंद्र पैड की चौड़ाई को अच्छी तरह से मिलान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है / जब आपके पास 1.57 मिमी मोटी डबल लेयर (4 परत नहीं) बोर्ड है, जो केवल तल पर जमीनी तल के साथ बोर्ड (~ 1.6 मिमी ट्रैक के नीचे) है अगर आप टर्मिनल से दूर जाने वाले ट्रैक को देखते हैं तो भी यह व्यापक है क्योंकि नीचे की तरफ 1.6 मिमी बोर्ड के साथ केवल 50ohm प्रतिबाधा प्राप्त करने के लिए आपको बहुत विस्तृत ट्रैक की आवश्यकता होती है।

यदि आपने केंद्र पैड के नीचे बीच की दो तांबे की परतों पर तांबे को नहीं हटाया है, तो आपने जमीन के विमान को डिजाइन के चश्मे से होने की तुलना में बहुत करीब ले जाया है। और यह भी क्योंकि आपके पास शीर्ष विमान भी है, आपने उस से भी प्रतिबाधा को बदल दिया है। आप डेटशीट में निर्दिष्ट केंद्र और ग्राउंड पैड के बीच की दूरी को ग्राउंड प्लेन से नहीं भरना चाहिए।

Comments

समझा। क्या पीसीबी भूमि को मूल रूप से मेरे GCPW का विस्तार होना चाहिए? 2.45 गीगाहर्ट्ज़ पर इस छोटे से डिसकंटिन्यू के कितने अंतर की संभावना है?

— माइकल कूपर

यह निश्चित रूप से एक बड़ा प्रभाव डालेगा जब आपकी आवृत्ति 2.45 गीगाहर्ट्ज़ लगभग निश्चित रूप से है जो आपके 10db सम्मिलन हानि का कारण बन रही है।

— विन्जेंट

मुझे लगता है कि यह काम कर सकता है यदि आप कहते हैं कि आप पैड को ट्रैक का विस्तार बनाते हैं लेकिन आपको कोशिश करनी होगी: (

— विन्जेंट

मैंने यह देखने के लिए "त्वरित और गंदे" परीक्षण करने का फैसला किया कि अगर मैं कनेक्टर में जीसीपीडब्ल्यू जारी रखता हूं तो क्या होगा। मैंने परिणामों को दिखाते हुए अपनी मूल पोस्ट पर एक एड किया है, जो मुझे लगता है कि संभवत: परिकल्पना की पुष्टि करता है कि केंद्र पैड प्रतिध्वनि पैदा कर रहा है।

— माइकल कूपर

हाँ, मैंने आपका संपादन देखा, ख़ुशी से आपको यह काम करने के लिए मिल गया (: लेकिन मुझे लगता है कि आपको अभी भी बहुत बेहतर परिणाम मिलेंगे / जब आप एक नया पीसीबी बनाएंगे क्योंकि यह केवल एक "त्वरित और गंदा" और 2.5GHz पर है। छोटे सामान का वास्तव में प्रभाव होता है।

— विन्जेंट