Радиочастотные соединители для печатной платы: оптимизация посадочного места - ключ к максимальной производительности. Часть 2.
При этом важно понимать, что такая производительность (то есть обратные потери, вносимые потери, перекрестные помехи …) действительна только для конкретной проекции и соответствующей конфигурации платы. Любые изменения в проекте, включая материал диэлектрика (Dk, TanD), толщина подложки и толщина металлизации, могут оказать значительное влияние на итоговую производительность соединителя радиочастотной платы.
Например, мы будем использовать мультикоаксиальный разъем HUBER+SUHNER MXP50 для демонстрации того, насколько важна проекция соединителя для максимизации электрической производительности.
Производительность по каталогу: 1x8A_81_MXP-S50-0-3 (до 50ГГц)
Спецификации показывают, что можно получить отличную RL производительность с данным соединителем при установке на ПП.
Структура слоев платы
Чтобы продемонстрировать, как структура слоев платы влияет на производительность соединителя для печатной платы, был проведен простой эксперимент. Симуляция А была проведена на формате, оптимизированном для микрополосковой линии на однослойной плате RO3003 (5 мил). Вторая симуляция В была проведена после изменения материала платы с RO3003 на FR4. Ширина дорожки была адаптирована к новой Dk, чтобы поддерживать переход в 50 Ом. На Графике 3 можно видеть, что изменение материала оказывает значительное влияние на обратные потери (S11, S22) – в данном примере можно видеть ухудшение свыше 5 дБ. Более высокий уровень отражения приводит к меньшей ширине полосы пропускания в зависимости от минимального уровня обратных потерь, который может выдержать система. Если системе необходимы обратные потери лучше, чем 10 дБ, то в этом случае ширина полосы будет снижена до 30 ГГц в отличии от целевой в 35 ГГц.
Более того, в случае с подложкой из материала FR4 вносимые потери значительно выше. Более высокая диэлектрическая постоянная (Dk) у FR4 приводит к сужению ширины дорожки, что генерирует более высокие потери.
Следовательно, при определении посадочной формы соединителя важно учитывать изменение материала печатной платы и/или его толщину, так как это оказывает влияние на ключевые параметры, такие как ширина полосы пропускания, обратные потери и согласование импеданса.
Форма посадочного места соединителя: влияние на производительность
Зачастую очень соблазнительно сократить процесс оптимизации посадочного места соединителя и «повторно использовать» предыдущий макет, чтобы сэкономить время на фазу проектирования. Однако, отсутствие должного внимания к форме посадочного места соединителя может иметь катастрофические последствия для тестовой установки и может потребоваться дополнительный и затратный цикл проектирования.
Давайте углубимся в более тщательное изучение зависимости производительности от формы посадочного места соединителя на следующей конфигурации печатной платы:
- Маршрутизация: заземленный копланарный волновод (GCPW)
- Соединитель: 1x8A_81_MXP-S50-0-3 (up to 50GHz) (Datasheet)
- Структура слоев:
Комментарий: симуляция проводилась с ANSYS Electromagnetics Suite Release 19.1.0.
В большинстве сегодняшних устройств используются многослойные печатные платы с толщиной слоя основы в среднем от 5 до 10 мил. Поэтому можем считать данную печатную плату репрезентативной.
На базе структуры слоев ПП, приведенной в Таблице 4, мы протестировали две формы посадочного места соединителя: С (не оптимизированный) и D (оптимизированный).
Проекция C была смоделирована без использования заземления на L2 и с небольшим зазором между линией передачи и заземлением на L1.
Электромагнитные моделирования показывают хорошую производительность до примерно 30 ГГц, но производительность быстро ухудшается после 40 ГГц. Обратные потери падают ниже 10 дБ, а вносимые потери резко падают за пределами 40 ГГц до 1,9 дБ (обратите внимание, что это включая 4,5 мм дорожку). Данное моделирование ясно обнаруживает, что ширина полосы пропускания соединителя была снижена до примерно 40 ГГц в отличии от изначально целевых 50 ГГц.
Измерение коэффициента отражения методом наблюдения за формой (TDR) показывает также большое рассогласование импедансов и очень емкостный переход к печатной плате, что объясняет низкую производительность S-параметра в верхнем частотном диапазоне. Хотя несовпадение РЧ соединителя зачастую значительно лучше, чем у всей системы (то есть, гнездо ИС и корпус), несовпадение в 7 Ом для такого перехода не желательно.
Что же тогда ухудшает производительность?
Высокая емкость этого перехода с коаксиального к планарному режиму происходит из-за трех основных факторов. Во-первых, изменение на 90 градусов направления распространения, когда сигнал приходит из вертикально установленного соединителя на дорожку платы. Во-вторых, близость панели заземления (L2) к сигнальной площадке (L1) генерирует резонанс в высоком диапазоне частот, создавая емкостный эффект. Небольшой воздушный зазор между копланарной дорожкой волновода и ее заземлением (L1) создает дополнительную емкость. Все эти эффекты ухудшают согласование импеданса, также, как и передачу сигнала в точке перехода (от соединителя к плате).
Источник: www.rfglobalnet.com
