Kritik am HF-Layout der Leiterplatte: Eingabe auf meiner Radioteleskop-Leiterplatte

Ich versuche, das Board-Layout für ein Radioteleskop zu erstellen, das wir an einem meiner Jobs bauen.

Hier ist die Gesamtsystemtopologie:

^{QRFH steht für "Quad Ridged Feed Horn". Es ist ein eher esoterischer Antennentyp.}

Grundsätzlich sollen extrem hochpräzise Messungen mit In-situ-Kalibrierung und Drift-Tracking möglich sein. Es gibt ein eingebautes System zur Messung des Antennen-SWR, um die Drift aufgrund physikalischer Änderungen aufgrund von Temperaturänderungen zu kalibrieren. Die Kalibrierung für den SWR-Kalibrator erfolgt über die Möglichkeit, den SWR-Oszillator direkt in den Analysator einzuspeisen. Ein optionaler Pilotton ermöglicht die Verfolgung Oszillatordrift im Spektrumanalysator, eine Rauschdiode, ein Abschluss und ein kleiner Dipol zur Messung lokaler Funkstörungen.

Vollständiges PDF von allem hier

Wie auch immer, hier ist mein aktuelles Layout:

Aktualisiertes Layout:

Ursprüngliches Layout:

Aufstapeln:

Oberste Schicht:

Grund 1:

Stromversorgung und Verbindungen:

Grund 2:

Überblick:

Alle Übertragungsleitungen sollten innerhalb von ~ 1 Ω von 50 Ω liegen, wobei das Dielektrikum des FR4 aus dem Platinenhaus zu berücksichtigen ist, das ich verwenden möchte.

Im Moment ist dies für den Betrieb im 50-300-MHz-Band vorgesehen, daher sind mehr esoterische Dielektrika nicht wirklich gerechtfertigt, aber ich habe sie in Betracht gezogen.

LNA-Verstärker sind Mini-Schaltkreise CMA-5042 mit TCBT-14- Vorspannungs-T-Shirts.
ESD-Protektoren an der E / A erfolgen über CLM-83-2W + .
RF-Schalter sind JSW6-33DR + (der 6P-Schalter hat eine bessere Leistung als die 2P-Schalter, daher verwende ich auch einen 6P-Schalter in der 2P-Schalterposition. Der Preisunterschied ist vernachlässigbar).
Variable Dämpfungsglieder sind alle DAT-31R5-SP .

Grundsätzlich suche ich ein paar Dinge.

• Sieht mein Layout zumindest größtenteils vernünftig aus?
• Ich habe Schalt- und Dämpfungssteuerungsspuren, die unter HF-Spuren verlaufen, wenn auch mit einer dazwischen liegenden Grundebene. Ich denke nicht, dass dies ein Problem ist, aber RF ist komisch.

Ich habe die Lötmaske so weit wie möglich von allen HF-Übertragungsleitungen ferngehalten, mit nur kleinen Barrieren um die SMT-Teile, um zu verhindern, dass das Lötmittel über die Spuren läuft.

Meistens habe ich noch nie ein RF-Layout erstellt, daher freue ich mich über jede Eingabe.

Hier sind meine Gedanken und Bedenken, basierend auf vielen Übungen und Fehlern beim Entwerfen von 902-928MHz ISM-Bandprodukten auf FR4:

1. Ziehen Sie auf jeden Fall HF-Steckverbinder in Betracht, wie The Photon vorschlägt. SMT-Steckverbinder brechen leicht ab, indem sie einen Teil oder alle Pads mit sich nehmen, und entfernen häufig einen angemessenen Teil der Mittelspur. Die eingebetteten Durchkontaktierungen bieten wenig zusätzliche Festigkeit: Sie sprechen von ein paar Tausendstel plattiertem Kupfer, das die Kante des nur wenige Tausendstel dicken Pads erfasst. Die Zeit, die für das Ausfräsen von Abständen aufgewendet wird, zahlt sich aus, wenn das Kabel zum ersten Mal hart gezogen wird. Nur das Kabel muss ausgetauscht werden. Ich lehne es ab, SMT-Steckverbinder für irgendetwas zu verwenden. Aufgrund meiner harten Erfahrung mache ich das. Eine Alternative zu vertikalen oder pagodenartigen Steckverbindern ist die kantenmontierte Variante. Diese haben keine Befestigungslöcher und sind "oberflächenmontiert", sondern verlöten sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite. Ich habe noch nie eines davon gebrochen oder eines von einem Brett gezogen.
2. Das Heizplattenlöten sowohl der kleinen HF-Komponenten als auch der großen Steckverbinder überhitzt wahrscheinlich die kleinsten Komponenten, während darauf gewartet wird, dass sich die großen Messingsteckverbinder ausreichend erwärmen, um zuverlässig wieder zu fließen, insbesondere der Mittelstift, der in all dem Messing und dem Messing vergraben ist PCB. Ziehen Sie in Betracht, nur das kleine SMT auf der Heizplatte zu löten und dann alles Große von Hand zu löten. Thermische Entlastungen in Ihren Pads sind immer eine gute Idee für einen gleichmäßigen und zuverlässigen Lötfluss. Ich verwende sie an HF-Anschlüssen für 902-928-MHz-Karten ohne negative Auswirkungen. ihre Anwesenheit ist nicht messbar. Der dünne Spalt muss nur das von Ihrem Leiterplattenhersteller geforderte Minimum sein, und Sie können mehrere Wärmebeine verwenden. Durchkontaktierungen in den Erdungspads des Steckers erschweren das Löten der Steckverbinder erheblich.
3. Ihre Schätzung einer Impedanz von 1% ist sehr optimistisch. 5% sind mit FR4 möglich, wenn Sie einige Board-Revisionen damit verbringen können, die Spurenbreiten, Materialien und den Herstellungsprozess zu optimieren, bis Sie das richtige Rezept erhalten. Ansonsten sind 10% eher der De-facto-Standard für die Standardprozess-Leiterplattenherstellung eines Anbieters. Denken Sie daran: a. Dass der zum Laminieren der Platte verwendete Pressdruck einen signifikanten Einfluss auf die Dicke der fertigen Schicht haben kann, insbesondere wenn die Schicht aus Pre-Preg besteht. Versuchen Sie, Kernmaterial für die Schichten mit kontrollierter Impedanz zu verwenden, da es nicht so stark von der Druckvarianz beeinflusst wird. b. Die Position Ihrer Leiterplatte in der großen Fertigungsplatte (in der Mitte gegenüber der Plattenkante) ändert den Laminierdruck, ebenso wie die Position beim Stapeln verschiedener Leiterplatten, die alle gleichzeitig laminiert werden. In Zusammenarbeit mit einem Leiterplattenhersteller haben wir in der Mitte und an den Ecken RF-Testcoupons ausgestellt und signifikante Unterschiede festgestellt. c. Die Toleranz für die Leiterbahnbreite wird von Ihrem Leiterplattenhersteller aufgrund seiner Erfahrung mit dem Ätz- und Beschichtungsprozess angegeben. Berechnen Sie den Effekt der minimalen / maximalen Spurbreite auf Ihre charakteristische Impedanz. Breitere Spuren haben eine geringere Empfindlichkeit gegenüber der festen Varianz der Spurenbreite. d. Die Dielektrizitätskonstante von FR-4 eines einzelnen Herstellers kann von Charge zu Charge erheblich variieren und hängt vom Glas / Harz-Verhältnis des in jeder Schicht verwendeten Prepregs oder Kerns ab. Breitere Spuren haben eine geringere Empfindlichkeit gegenüber der festen Varianz der Spurenbreite. d. Die Dielektrizitätskonstante von FR-4 eines einzelnen Herstellers kann von Charge zu Charge erheblich variieren und hängt vom Glas / Harz-Verhältnis des in jeder Schicht verwendeten Prepregs oder Kerns ab. Breitere Spuren haben eine geringere Empfindlichkeit gegenüber der festen Varianz der Spurenbreite. d. Die Dielektrizitätskonstante von FR-4 eines einzelnen Herstellers kann von Charge zu Charge erheblich variieren und hängt vom Glas / Harz-Verhältnis des in jeder Schicht verwendeten Prepregs oder Kerns ab.
4. Die Charakterisierungsspur ist nur auf den vertikalen Segmenten genau, Ihre tatsächlichen Schaltungsspuren sind jedoch hauptsächlich horizontal. Die Kette / der Schuss des FR4 kann in Abhängigkeit von der Spurrichtung messbare Impedanzunterschiede verursachen, jedoch weniger, wenn die Frequenz abnimmt. Sie sagen nicht, ob Sie einen TDR oder VNA verwenden, um die Impedanz zu messen, aber beides sollte mit einer einfachen Spur auf der ganzen Linie gut funktionieren. Wenn Sie eine längere Spur wünschen, schlängeln Sie die geraden Teile in horizontaler Richtung anstatt in vertikaler Richtung. Versuchen Sie, T2-A nach oben und T2-B nach unten zu bewegen, damit dies bei Bedarf besser funktioniert.
5. Achten Sie auf die Kopplung zwischen parallelen HF-Spuren. Ich weiß nicht, ob die verschiedenen Quellen immer aktiv sind. Wenn eine Quelle nicht ausgewählt ist, wird sie vom SP6T-HF-Schalter reflektiert, was zu stehenden Wellen und möglicherweise zu unerwarteten Ergebnissen führt.
6. Sorgen Sie für eine Metallabschirmung, um den Stromkreis einzuschließen.

Bei einem früheren Arbeitgeber wurde es als gute Praxis angesehen, zwei oder drei Stufen der RC-Filterung in die Steuerleitungen eines Schalters zu werfen, um eine Rauschkopplung in das Ausgangssignal über die Schaltersteuerleitungen zu verhindern. 700Hz Eckfrequenz oder darüber.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Aus schematischer Sicht sehen Sie ein wenig Licht auf Bypass-Kondensatoren und Filterung. Wie sauber sind die 3,3-V-Versorgungsschienen?

Aus Layout-Sicht sieht es ziemlich gut aus. Denken Sie daran, dass Übertragungsleitungen für kurze Läufe im Vergleich zur Wellenlänge nicht wirklich effektiv sind, sodass Sie dort wahrscheinlich in Ordnung sind.

Möglicherweise möchten Sie den Anschlüssen eine thermische Freigabe hinzufügen.