PCB RF Layout Critique: Masukan pada PCB radio-teleskop saya

Saya mencoba melakukan tata letak papan untuk teleskop radio yang kami bangun di salah satu pekerjaan saya.

Berikut ini topologi sistem secara keseluruhan:

^{QRFH adalah untuk "Tanduk Pakan Quad Ridged". Ini adalah tipe antena yang agak esoterik.}

Pada dasarnya, tujuannya adalah untuk memungkinkan pengukuran presisi sangat tinggi, dengan kalibrasi in-situ dan pelacakan drift. Ada sistem built-in untuk mengukur antena SWR untuk mengkalibrasi drift karena perubahan fisik dari perubahan suhu, kalibrasi untuk kalibrator SWR melalui kemampuan untuk memberi makan osilator SWR langsung ke penganalisis, nada pilot opsional untuk memungkinkan pelacakan osilasi melayang di penganalisis spektrum, dioda suara, penghentian, dan dipol kecil untuk mengukur RFI lokal.

Lengkapi PDF dari semuanya di sini

Bagaimanapun, ini adalah tata letak saya saat ini:

Tata Letak yang Diperbarui:

Tata letak asli:

Menyimpulkan:

Lapisan atas:

Tanah 1:

Kekuasaan dan interkoneksi:

Tanah 2:

Tampilan keseluruhan:

Semua saluran transmisi harus dalam ~ 1Ω dari 50Ω, dengan mempertimbangkan dielektrik FR4 dari dewan rumah yang ingin saya pertimbangkan.

Saat ini, ini dimaksudkan untuk beroperasi di pita 50-300 Mhz, jadi dielektrik yang lebih esoteris tidak benar-benar diperlukan, tetapi saya mempertimbangkannya.

LNA Amplifier adalah sirkuit mini CMA-5042 dengan TCBT-14 bias-tee.
Pelindung ESD pada I / O adalah melalui CLM-83-2W + .
RF Switch adalah JSW6-33DR + (saklar 6P memiliki kinerja yang lebih baik daripada saklar 2P, jadi saya menggunakan saklar 6P pada posisi saklar 2P juga. Perbedaan harga dapat diabaikan).
Attenuators variabel semua DAT-31R5-SP .

Pada dasarnya, saya mencari beberapa hal.

• Apakah tata letak saya paling tidak terlihat waras?
• Saya memiliki sakelar kendali saklar dan attenuator yang berjalan di bawah jejak RF, meskipun dengan bidang tanah di antaranya. Saya rasa ini bukan masalah, tapi RF aneh.

Saya telah menjaga soldermask kembali dari semua jalur transmisi RF sebanyak mungkin, dengan hanya sedikit penghalang di sekitar bagian SMT untuk mencegah solder mengalir di jejak.

Sebagian besar, saya belum pernah melakukan tata letak RF sebelumnya, jadi saya menghargai masukan apa pun.

Berikut adalah pemikiran dan kekhawatiran saya, berdasarkan banyak latihan dan kesalahan dalam mendesain produk-produk band ISM 902-928MHz di FR4:

1. Pertimbangkan konektor RF melalui lubang, seperti yang disarankan The Photon. Konektor SMT mudah putus dengan mengambil bagian atau semua bantalan dengan mereka dan sering melepas cukup banyak jejak pusat. Embedded vias memberikan sedikit kekuatan tambahan: Anda berbicara tentang beberapa per seribu dari tembaga berlapis yang mencengkeram ujung pad yang hanya setebal beberapa ribu. Waktu yang dihabiskan untuk membersihkan kelonggaran akan terbayar pertama kali kabel ditarik kuat ... hanya kabel yang perlu diganti. Saya menolak menggunakan konektor SMT untuk apa pun, pengalaman sulit membuat saya melakukan ini. Alternatif untuk konektor gaya vertikal atau pagoda adalah jenis edge-mount. Ini tidak memiliki lubang pemasangan dan "permukaan mount" tetapi solder ke sisi atas dan bawah. Saya tidak pernah memecahkan salah satunya atau menariknya dari papan.
2. Hot-plate soldering baik komponen RF kecil dan konektor besar cenderung memanaskan komponen terkecil sambil menunggu konektor kuningan besar untuk memanaskan cukup untuk kembali mengalir, terutama pin pusat yang terkubur di dalam semua kuningan itu dan PCB. Pertimbangkan penyolderan hot-plate hanya pada SMT kecil dan solder dengan tangan apa pun yang besar. Relief termal di bantalan Anda selalu merupakan ide bagus untuk aliran solder yang merata dan andal. Saya menggunakannya pada konektor RF untuk papan 902-928MHz tanpa efek buruk; kehadiran mereka tidak dapat diukur. Celah tipis hanya perlu minimum yang dibutuhkan oleh vendor PCB Anda dan Anda dapat menggunakan beberapa kaki termal. Vias pada konektor ground pads akan membuat konektor lebih sulit untuk disolder.
3. Perkiraan Impedansi 1% Anda sangat optimis. 5% dimungkinkan dengan FR4 jika Anda dapat menghabiskan beberapa revisi papan tweaking lebar jejak, bahan dan proses fabrikasi sampai Anda mendapatkan resep yang tepat. Kalau tidak, 10% lebih merupakan standar de-facto untuk fabrikasi PCB proses standar vendor. Perlu diingat: a. Bahwa tekanan pers yang digunakan untuk melaminasi papan dapat memiliki efek signifikan pada ketebalan lapisan jadi, terutama jika lapisan itu terbuat dari pre-preg. Cobalah untuk menggunakan bahan inti untuk lapisan impedansi terkontrol karena tidak terlalu terpengaruh oleh varians tekanan. b. Lokasi PCB Anda di panel fabrikasi besar (di tengah vs di tepi panel) akan mengubah tekanan laminasi, seperti posisinya dalam susun berbagai PCB yang semuanya dilaminasi pada waktu yang sama. Bekerja dengan vendor PCB kami menjalankan kupon uji RF di pusat dan sudut dan menemukan perbedaan yang signifikan. c. Toleransi lebar jejak diberikan oleh vendor PCB Anda berdasarkan pengalaman mereka dengan proses etsa dan pelapisan. Hitung efek min / max trace width pada impedansi karakteristik Anda. Jejak yang lebih luas memiliki sensitivitas kurang terhadap varians lebar jejak tetap. d. Konstanta dielektrik FR-4 dari pabrikan tunggal dapat sangat bervariasi dari satu lot ke lot lainnya dan tergantung pada rasio gelas / resin prepreg atau inti yang digunakan pada setiap lapisan. Jejak yang lebih luas memiliki sensitivitas kurang terhadap varians lebar jejak tetap. d. Konstanta dielektrik FR-4 dari pabrikan tunggal dapat sangat bervariasi dari satu lot ke lot lainnya dan tergantung pada rasio gelas / resin prepreg atau inti yang digunakan pada setiap lapisan. Jejak yang lebih luas memiliki sensitivitas kurang terhadap varians lebar jejak tetap. d. Konstanta dielektrik FR-4 dari pabrikan tunggal dapat sangat bervariasi dari satu lot ke lot lainnya dan tergantung pada rasio gelas / resin prepreg atau inti yang digunakan pada setiap lapisan.
4. Jejak karakterisasi hanya akurat pada segmen vertikal namun jejak sirkuit Anda yang sebenarnya sebagian besar horisontal. Lengkungan / pakan FR4 dapat menyebabkan perbedaan impedansi terukur tergantung pada arah jejak, meskipun kurang begitu frekuensi menurun. Anda tidak mengatakan jika Anda menggunakan TDR atau VNA untuk mengukur impedansinya, tetapi salah satu dari keduanya harus baik-baik saja dengan jejak sederhana langsung di seluruh papan. Jika Anda ingin jejak yang lebih panjang, serpentin bagian lurus ke arah horizontal, bukan vertikal. Coba gerakkan T2-A ke atas dan T2-B ke bawah untuk membuat ini bekerja lebih baik, jika perlu.
5. Perhatikan penggandaan antara jejak RF paralel. Saya tidak tahu apakah berbagai sumber selalu menyala. Ketika sumber tidak dipilih, itu dipantulkan kembali dari saklar SP6T RF yang mengarah ke gelombang berdiri dan mungkin hasil yang tidak terduga.
6. Buat ketentuan untuk perisai logam untuk menutup sirkuit.

Pada pemberi kerja sebelumnya, merupakan praktik yang baik untuk membuang 2 atau 3 tahap penyaringan RC ke dalam garis kontrol dari sakelar apa pun untuk mencegah penyambungan noise ke dalam sinyal keluaran melalui saluran kendali sakelar. 700Hz freq sudut atau sekitar.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dari sudut pandang Skematik, Anda melihat sedikit cahaya pada kapasitor bypass dan penyaringan. Seberapa bersih rel suplai 3.3V?

Dari sudut pandang tata letak, tampilannya cukup bagus. Perlu diingat bahwa saluran transmisi tidak benar-benar efektif untuk jangka pendek dibandingkan dengan panjang gelombang, jadi Anda mungkin baik-baik saja di sana.

Anda mungkin ingin menambahkan rilis termal ke konektor.