PCB RF 布局评论:我的射电望远镜 PCB 上的输入

电器工程 射频 布局 传输线
2022-02-03 12:40:18

我正在尝试为我们在我的一份工作中建造的射电望远镜做电路板布局。

这是整个系统的拓扑:

在此处输入图像描述 QRFH 代表“四脊馈电喇叭”。这是一种相当深奥的天线类型。

基本上,其目的是通过现场校准和漂移跟踪实现极高精度的测量。有一个用于测量天线 SWR 的内置系统,以校准由于温度变化引起的物理变化引起的漂移,通过将 SWR 振荡器直接馈入分析仪的能力来校准 SWR 校准器,一个可选的导频音以允许跟踪频谱分析仪中的振荡器漂移、噪声二极管、终端和用于测量本地 RFI 的小偶极子。

此处所有内容的完整 PDF

无论如何,这是我目前的布局:

更新布局:
在此处输入图像描述

原始布局:
在此处输入图像描述

叠起: 在此处输入图像描述

顶层: 在此处输入图像描述

地面1: 在此处输入图像描述

电源和互连: 在此处输入图像描述

地面2: 在此处输入图像描述

总体看法: 在此处输入图像描述

考虑到我打算使用的电路板房的 FR4 的电介质,所有传输线应在 50Ω 的 ~1Ω 范围内。

目前,它的目的是在 50-300 Mhz 频段运行,因此并不需要更多深奥的电介质,但我正在考虑它们。

LNA 放大器是带有TCBT-14偏置三通的微型电路CMA-5042 。 I/O 上的 ESD 保护器通过CLM-83-2W+ 实现 射频开关是JSW6-33DR+(6P开关比2P开关性能好,所以我也在2P开关位置使用6P开关。价格差异可以忽略不计)。 可变衰减器都是DAT-31R5-SP


基本上,我正在寻找一些东西。

  • 我的布局至少看起来很正常吗?
  • 我在 RF 走线下运行了开关和衰减器控制走线,尽管中间有一个接地层。我不认为这是一个问题,但射频很奇怪。

我尽可能地让阻焊层远离所有射频传输线,在 SMT 部件周围只设置很少的障碍物,以防止焊料从迹线上流下来。

大多数情况下,我以前没有做过射频布局,所以我很感激任何意见。

3个回答

以下是我的想法和担忧,基于在 FR4 上设计 902-928MHz ISM 频段产品时的大量实践和错误:

  1. 正如 The Photon 建议的那样,一定要考虑通孔射频连接器。SMT 连接器很容易折断部分或全部焊盘,并经常剥离相当多的中心迹线。嵌入的通孔几乎没有提供额外的强度:你说的是千分之几的镀铜紧握着只有千分之几厚的焊盘边缘。第一次用力猛拉电缆时,花在清理间隙上的时间会得到回报……只有电缆需要更换。我拒绝将 SMT 连接器用于任何事情,艰苦的经验让我这样做。垂直或宝塔式连接器的替代品是边缘安装式连接器。这些没有安装孔并且是“表面贴装”,但焊接到顶部和底部。我从来没有打破过其中一个或从板上拉过一个。
  2. 热板焊接小型射频元件和大型连接器可能会使最小的元件过热,同时等待大型黄铜连接器加热到足以可靠地回流,尤其是埋在所有黄铜和印刷电路板。考虑只对小的 SMT 进行热板焊接,然后手工焊接任何大的 SMT。焊盘中的热释放对于均匀可靠的焊料流动始终是一个好主意。我将它们用于 902-928MHz 板的射频连接器上,没有任何不良影响;他们的存在是无法衡量的。薄间隙只需要您的 PCB 供应商要求的最小值,并且您可以使用多个散热腿。连接器接地焊盘中的通孔会使连接器更难焊接。
  3. 您对 1% 阻抗的估计非常乐观。如果您可以花费一些电路板修改来调整走线宽度、材料和制造过程,直到您获得正确的配方,则 FR4 的 5% 是可能的。否则 10% 是供应商标准工艺 PCB 制造的实际标准。请记住:用于层压板的压力会对成品层厚度产生显着影响,特别是如果该层是由预浸料制成的。尝试对受控阻抗层使用核心材料,因为它不受压力变化的影响太大。湾。PCB 在大型制造面板中的位置(中心与面板边缘)将改变层压压力,它在同时层压的各种 PCB 堆叠中的位置也会改变。我们与一家 PCB 供应商合作,在中心和角落运行 RF 测试试样,发现存在显着差异。C。走线宽度公差由您的 PCB 供应商根据他们在蚀刻和电镀工艺方面的经验给出。计算最小/最大走线宽度对特性阻抗的影响。较宽的迹线对固定迹线宽度变化的敏感性较低。d。来自单个制造商的 FR-4 的介电常数可能因批次而异,并且取决于每层中使用的预浸料或芯材的玻璃/树脂比率。较宽的迹线对固定迹线宽度变化的敏感性较低。d。来自单一制造商的 FR-4 的介电常数可能因批次而异,并且取决于每层中使用的预浸料或芯材的玻璃/树脂比率。较宽的迹线对固定迹线宽度变化的敏感性较低。d。来自单个制造商的 FR-4 的介电常数可能因批次而异,并且取决于每层中使用的预浸料或芯材的玻璃/树脂比率。
  4. 表征迹线仅在垂直段上准确,而您的实际电路迹线主要是水平的。FR4 的经线/纬线可能会根据走线方向导致可测量的阻抗差异,但频率降低时差异较小。您不会说您是使用 TDR 还是 VNA 来测量阻抗,但是任何一个都应该可以用简单的迹线直接穿过电路板。如果您想要更长的轨迹,请在水平方向而不是垂直方向上蜿蜒直线部分。如果需要,请尝试将 T2-A 上移和 T2-B 下移以使这项工作更好。
  5. 注意并行射频走线之间的耦合。我不知道各种来源是否一直打开。当未选择源时,它会从 SP6T 射频开关反射回来,从而导致驻波并可能产生意外结果。
  6. 准备一个金属屏蔽罩来封闭电路。

在以前的雇主中,将 2 或 3 级 RC 滤波投入任何开关的控制线被认为是一种很好的做法,以防止任何噪声通过开关控制线耦合到输出信号中。700Hz 转角频率或类似情况。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

从原理图的角度来看,您对旁路电容器和滤波有点了解。3.3V 电源轨有多干净?

从布局的角度来看,它看起来很不错。请记住,与波长相比,传输线对短距离运行并不是很有效,所以你可能没问题。

您可能想要为连接器添加散热装置。