Apa yang salah dengan waveguide coplanar ground 50 Ω saya?

Saya telah mengerjakan desain 4-layer yang dibangun di sekitar EFR32BG13 Bluetooth Low Energy SoC. Ketika mencoba mengukur impedansi antena untuk membangun sirkuit yang cocok, saya menemukan bahwa saluran transmisi coplanar waveguide (GCPW) pendek saya bertindak lebih seperti antena daripada saluran transmisi.

Untuk mempersempit penyebab masalah ini, saya membuat papan uji jalur transmisi 4-lapisan sederhana, yang digambarkan di sini:

Papan adalah 100 mm persegi. Saya memiliki papan ini dibuat oleh ALLPCB, yang menentukan tembaga 35 μm pada semua lapisan dan 0,175 mm dielektrik (konstanta dielektrik 4,29) antara dua lapisan pertama. Menggunakan AppCAD, saya menemukan bahwa desain dengan lebar jejak 0,35 mm dan celah 0,25 mm menghasilkan impedansi 48,5 Ω. Lapisan teratas untuk papan ditunjukkan dengan warna merah di atas. Tiga lapisan lainnya adalah bidang tanah yang terlihat seperti ini:

Saya menerima papan hari ini dan mulai dengan menguji S21 untuk bagian kedua dari bawah - sepotong lurus GCPW dengan konektor SMA di kedua ujungnya. Saya menggunakan HP 8753C / HP 85047A dengan panjang pendek coax yang terhubung ke Port 1 dan 2 dan papan tes terhubung antara panjang coax tersebut. Sangat mengejutkan saya, inilah yang saya lihat:

Pada 2,45 GHz, saluran transmisi saya memiliki respons -10 dB. Jika saya mengganti papan dengan konektor "melalui", saya melihat persis apa yang saya harapkan:

Saya agak bingung, karena saya pikir tes pertama adalah slam dunk dan saya akan mulai menemukan masalah dengan tes yang lebih kompleks di atasnya. Saya memiliki VNA dan keinginan kuat untuk mengetahui apa yang saya lakukan salah di sini. Bisakah Anda melihat masalah dengan metode pengujian saya atau dengan desain GCPW itu sendiri? Bantuan apa pun akan sangat dihargai!

Sunting: Seperti yang disarankan oleh Neil_UK, saya telah menghapus termal pada satu papan dengan mengikis topeng solder dan kemudian menjembatani celah dengan solder. Mengukur S11 dan S21 dengan konfigurasi ini memberikan hasil sebagai berikut:

Membandingkan plot S21 dengan hasil sebelumnya, sepertinya tidak ada perbedaan yang nyata.

Sunting 2: Seperti yang disarankan oleh mkeith, saya telah membagi salah satu "strip" papan tes saya dari yang lain menggunakan metode "skor dan istirahat" yang lama. Papan yang saya pilih untuk dimatikan adalah papan yang sama dengan yang saya gunakan untuk melepas termal, jadi hasil ini merupakan modifikasi lebih lanjut pada plot sebelumnya. Ini dia:

Ada pendalaman palung di plot S11, tetapi tidak ada peningkatan signifikan dalam fungsi papan sebagai saluran transmisi.

Sunting 3: Ini adalah foto papan di perwujudan terbarunya:

Sunting 4: Bidikan close-up dari kedua sisi dari satu konektor SMA:

Konektor SMA adalah Molex 0732511150. Tanah PCB mengikuti rekomendasi dalam datasheet di sini:

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

Sunting 5: Ini adalah penampang papan dekat satu sisi:

Garis hijau diskalakan dari spesifikasi pabrikan, yang disalin di sini:

Sunting 6: Ini adalah foto papan atas-bawah dengan garis skala merah yang menunjukkan dimensi yang diharapkan:

Sunting 7: Untuk memverifikasi efek tanah pusat SMA yang besar, saya mengukir pad pusat pada satu papan sehingga lebarnya sama dengan sisa jejak. Lalu saya menggunakan selotip tembaga untuk memperluas tanah di kedua sisi:

Kemudian saya menguji ulang S11 dan S21:

Ini tampaknya telah meningkatkan S11 secara signifikan, yang membuat saya percaya bahwa tanah tengah yang besar, pada kenyataannya, menciptakan kapasitansi di kedua ujung garis yang menghasilkan resonansi.

Sunting 8: Mencari beberapa panduan tentang bagaimana menangani transisi dari SMA ke GCPW, saya menemukan kertas putih ini:

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

Sementara makalah secara khusus mengacu pada penggunaan substrat frekuensi tinggi, saya pikir banyak dari itu masih berlaku di sini. Dua poin utama yang menonjol bagi saya:

1. GCPW harus terus berlanjut sampai ke ujung papan.
2. Konektor SMA peluncuran frekuensi tinggi menggunakan pin tengah yang lebih pendek dan lebih sempit untuk meminimalkan efeknya pada GCPW. Ini mungkin lebih cocok untuk aplikasi seperti ini dengan konduktor pusat tipis pada saluran transmisi.

Anda sebaiknya tidak menggunakan 'termal' saat membumikan SMA. Tab tanah itu harus lurus ke pesawat tanah besar yang tidak terputus. Bahkan tidak akan lebih sulit untuk menyolder, sebagian besar SMA harus dipanaskan, jadi tidak perlu untuk ketiga induktor yang dicetak di tanah setiap SMA.

Jika Anda melihat riak pada plot S21 Anda, riak berulang konsisten dengan memiliki titik korek api yang buruk yang dipisahkan oleh lebar papan Anda. Itu mungkin bukan keseluruhan cerita, tetapi selesaikan masalah yang jelas ini sebelum mencari detail yang lebih halus.

Anda tidak perlu membuat papan kembali dibuat, Anda dapat mengikis setiap perlawanan dan menjembatani luka dengan solder sebagai perbaikan cepat. Edit posting Anda dan tambahkan pengukuran baru ketika Anda telah melakukannya. BTW, S11 biasanya merupakan pengukuran yang lebih sensitif untuk dilakukan pada 'yang diharapkan baik' melalui garis S21, meskipun saya setuju, S21 ini sangat buruk.

Apa bahan papan (bukan detail yang tidak penting)?

(sunting)

Jadi bukan termal, kami hanya di 3GHz kurasa.

Apakah garis dihitung dengan benar? Dengan dimensi tersebut, kalkulator ini menghasilkan 48,93, tetapi jelas menggunakan nol ketebalan tembaga. Yang satu ini memberikan 47,42 dengan tembaga 35um, dan setuju dengan yang lain untuk ketebalan nol, sehingga desainnya tampak masuk akal. Perbedaan dari apa yang Anda asumsikan tidak cukup untuk menjelaskan pengukuran.

Apakah papan diproduksi dengan benar?

Dimensi lebar dan celah akan mudah diukur dengan mikroskop. Ketebalan media akan lebih sulit. Konstanta dielektrik substrat bahkan lebih sulit. FR4 dapat bervariasi tergantung pada ketebalan dan rasio gelas / resin. Apakah inti lapisan 0.175mm, atau pre-preg? Berhati-hatilah bahwa pre-preg dapat bervariasi jauh lebih besar dari inti ketika dirakit, karena kondisi perakitan tidak terkontrol dengan baik seperti untuk pembuatan inti.$\varepsilon_r$

Pengukuran kapasitansi pada potongan papan yang terlepas dari papan pengujian Anda dari ground stitching vias akan memberi Anda ketebalan gabungan dan konstanta dielektrik. Pengukuran panjang listrik pada benda uji Anda akan memberi Anda konstanta dielektrik, dengan kontribusi kecil dari geometri.

Akan sepele bagi Anda untuk memodelkan panjang saluran transmisi, dan menyesuaikan panjang, impedansi, dan kehilangan, sampai simulasi S11 dan S21 sesuai dengan pengukuran Anda, Anda bahkan mungkin meminta pengoptimal Anda untuk melakukannya secara otomatis untuk Anda. Apakah itu model yang masuk akal untuk hasil Anda?

Saya tiba-tiba menyadari bahwa tab sinyal Anda pada konektor sangat lebar, yang akan membuat panjang pendek garis impedansi sangat rendah pada setiap konektor, meskipun pada panjang ini, pemodelan sebagai C yang disatukan mungkin cukup untuk 3GHz. Tambahkan dua C lumped ke model Anda dan cobalah untuk menyesuaikan simulasi itu dengan hasil Anda. Poskan pembesaran area antarmuka konektor agar kita dapat melihat apa yang terjadi di sana dengan benar.

(/sunting)

Saya pikir Anda mengartikan datasheet salah, atau lebih tepatnya Anda tidak memperhitungkan fakta bahwa Anda memiliki 4 lapisan dan tanah di lapisan atas juga, rekomendasi desain tidak memanggil untuk itu dengan tata letak ini.

Itu mengatakan "tembaga di sisi bawah (tanah)"

Ini adalah bagaimana saya menafsirkan datasheet;

Lebar bantalan tengah dirancang agar cocok / memiliki impedansi hampir 50ohm ketika Anda memiliki papan DOUBLE LAYER (bukan 4 lapisan) setebal 1,57mm dengan bidang tanah di HANYA HANYA (~ 1,6mm di bawah trek) yang mengapa juga jika Anda melihat lintasan yang menjauh dari terminal itu bahkan lebih luas itu karena dengan papan 1.6mm dengan ground di bagian bawah saja Anda memerlukan lintasan yang sangat lebar untuk mendapatkan impedansi 50ohm.

Jika Anda belum melepas tembaga pada dua lapisan tengah tembaga di bawah bantalan tengah maka Anda telah memindahkan bidang tanah yang jauh lebih dekat daripada yang seharusnya dari spesifikasi desain. dan juga karena Anda memiliki tanah di bidang atas juga Anda telah mengubah impedansi dari itu juga. Anda jarak antara pusat dan bantalan tanah yang ditentukan dalam lembar data tidak seharusnya diisi dengan bidang tanah.