Critica layout RF PCB: input sul PCB del mio radiotelescopio

Sto tentando di fare il layout della scheda per un radiotelescopio che stiamo costruendo in uno dei miei lavori.

Ecco la topologia generale del sistema:

^{QRFH è per "Tromba di alimentazione quadrettata". È un tipo di antenna piuttosto esoterico.}

Fondamentalmente, l'intenzione è quella di consentire misurazioni di altissima precisione, con calibrazione in loco e tracciamento della deriva. Esiste un sistema integrato per la misurazione del SWR dell'antenna per calibrare la deriva dovuta a cambiamenti fisici dovuti a variazioni di temperatura, calibrazione per il calibratore SWR tramite la capacità di alimentare l'oscillatore SWR direttamente nell'analizzatore, un tono pilota opzionale per consentire il tracciamento deriva dell'oscillatore nell'analizzatore di spettro, un diodo di rumore, terminazione e un piccolo dipolo per misurare la RFI locale.

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Comunque, ecco il mio layout attuale:

Layout aggiornato:

Layout originale:

Impilare:

Strato superiore:

Ground 1:

Potenza e interconnessioni:

Ground 2:

Visione d'insieme:

Tutte le linee di trasmissione dovrebbero essere entro ~ 1Ω di 50Ω, prendendo in considerazione il dielettrico dell'FR4 dalla scheda madre che intendo utilizzare.

In questo momento, questo è destinato a funzionare nella banda 50-300 Mhz, quindi più dielettrici esoterici non sono realmente garantiti, ma li ho presi in considerazione.

Gli amplificatori LNA sono mini circuiti CMA-5042 con polarizzatori TCBT-14 .
Le protezioni ESD su I / O sono via CLM-83-2W + .
Gli interruttori RF sono JSW6-33DR + (l'interruttore 6P ha prestazioni migliori rispetto agli interruttori 2P, quindi sto usando anche un interruttore 6P nella posizione dell'interruttore 2P. La differenza di prezzo è trascurabile).
Gli attenuatori variabili sono tutti DAT-31R5-SP .

Fondamentalmente, sto cercando alcune cose.

• Il mio layout almeno sembra per lo più sano?
• Ho tracce di controllo dell'interruttore e dell'attenuatore che corrono sotto tracce RF, sebbene con un piano di massa in mezzo. Non penso che questo sia un problema, ma RF è strano.

Ho tenuto il soldermask indietro da tutte le linee di trasmissione RF il più possibile, con solo piccole barriere intorno alle parti SMT per impedire alla saldatura di scorrere lungo le tracce.

Principalmente, non ho mai fatto layout RF prima, quindi apprezzo qualsiasi input.

Ecco i miei pensieri e preoccupazioni, basati su molta pratica ed errori nella progettazione di prodotti a banda ISM 902-928 MHz su FR4:

1. Considerate sicuramente i connettori RF a foro passante, come suggerisce The Photon. I connettori SMT si staccano facilmente prendendo parte o tutti i pad con loro e spesso spogliano una buona parte della traccia centrale. I via incorporati forniscono poca resistenza aggiuntiva: stai parlando di pochi millesimi di rame placcato che attanaglia il bordo stesso del pad che è spesso solo pochi millesimi. Il tempo impiegato a liquidare le distanze pagherà la prima volta che il cavo viene tirato forte ... solo il cavo richiederà la sostituzione. Mi rifiuto di usare i connettori SMT per qualsiasi cosa, la dura esperienza mi fa fare questo. Un'alternativa ai connettori verticali o stile pagoda è la varietà edge-mount. Questi non hanno fori di montaggio e sono "a montaggio superficiale" ma saldano sia sul lato superiore che su quello inferiore. Non ne ho mai rotto uno o ne ho estratto uno da una tavola.
2. La saldatura a piastra calda sia dei piccoli componenti RF che dei grandi connettori rischia di surriscaldare i componenti più piccoli in attesa che i grandi connettori in ottone si riscaldino abbastanza da rifluire in modo affidabile, in particolare il perno centrale che è sepolto all'interno di tutto quell'ottone e PCB. Prendi in considerazione la saldatura a piastra solo del piccolo SMT e poi la saldatura a mano di qualsiasi cosa grande. I rilievi termici nei cuscinetti sono sempre una buona idea per un flusso di saldatura uniforme e affidabile. Li uso su connettori RF per schede 902-928 MHz senza effetti negativi; la loro presenza non è misurabile. Il gap ridotto deve essere solo il minimo richiesto dal rivenditore del PCB e è possibile utilizzare più gambe termiche. La polarizzazione nei pad di terra del connettore renderà i connettori molto più difficili da saldare.
3. La tua stima dell'impedenza dell'1% è molto ottimistica. Il 5% è possibile con FR4 se è possibile spendere alcune revisioni della scheda modificando larghezze di traccia, materiali e processo di fabbricazione fino ad ottenere la ricetta giusta. Altrimenti il ​​10% è più lo standard di fatto per la fabbricazione di PCB di processo standard di un fornitore. Ricorda: a. Che la pressione della pressa usata per laminare il pannello può avere un effetto significativo sullo spessore dello strato finito, specialmente se lo strato è pre-preg. Cerca di utilizzare il materiale di base per gli strati a impedenza controllata perché non è influenzato tanto dalla varianza della pressione. b. La posizione del PCB nel pannello di fabbricazione di grandi dimensioni (al centro rispetto al bordo del pannello) cambierà la pressione di laminazione, così come la sua posizione nell'impilamento di vari PCB che vengono tutti laminati contemporaneamente. Lavorando con un fornitore di PCB abbiamo eseguito coupon di test RF al centro e agli angoli e abbiamo riscontrato differenze significative. c. La tolleranza della larghezza della traccia è data dal rivenditore del PCB in base alla sua esperienza con il processo di incisione e placcatura. Calcola l'effetto della larghezza di traccia min / max sull'impedenza caratteristica. Le tracce più ampie hanno una minore sensibilità alla varianza della larghezza della traccia fissa. d. La costante dielettrica di FR-4 di un singolo produttore può variare considerevolmente da lotto a lotto e in base al rapporto vetro / resina del preimpregnato o del nucleo utilizzato in ogni strato. Le tracce più larghe hanno una minore sensibilità alla varianza della larghezza della traccia fissa. d. La costante dielettrica di FR-4 di un singolo produttore può variare considerevolmente da lotto a lotto e in base al rapporto vetro / resina del preimpregnato o del nucleo utilizzato in ogni strato. Le tracce più larghe hanno una minore sensibilità alla varianza della larghezza della traccia fissa. d. La costante dielettrica di FR-4 di un singolo produttore può variare considerevolmente da lotto a lotto e in base al rapporto vetro / resina del preimpregnato o del nucleo utilizzato in ogni strato.
4. La traccia di caratterizzazione è accurata solo sui segmenti verticali, tuttavia le tracce dei circuiti effettivi sono principalmente orizzontali. L'ordito / trama dell'FR4 può causare differenze misurabili nell'impedenza a seconda della direzione della traccia, sebbene in misura minore quando la frequenza diminuisce. Non dici se stai usando un TDR o un VNA per misurare l'impedenza, ma uno dei due dovrebbe andare bene con una semplice traccia su tutta la linea. Se vuoi una traccia più lunga, serpentina le porzioni diritte in direzione orizzontale anziché verticale. Prova a spostare T2-A in alto e T2-B in basso per migliorare il funzionamento, se necessario.
5. Fare attenzione all'accoppiamento tra tracce RF parallele. Non so se le varie fonti siano sempre attive. Quando una sorgente non è selezionata, viene riflessa dallo switch RF SP6T che porta a onde stazionarie e forse a risultati imprevisti.
6. Prevedere uno schermo metallico per racchiudere il circuito.

In un precedente datore di lavoro, è stata considerata buona pratica lanciare 2 o 3 fasi di filtraggio RC nelle linee di controllo di qualsiasi interruttore per impedire qualsiasi accoppiamento del rumore nel segnale di uscita attraverso le linee di controllo dell'interruttore. Freq angolo 700Hz o giù di lì.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Da un punto di vista schematico, si osserva un po 'di luce sui condensatori di bypass e sul filtraggio. Quanto sono pulite le guide di alimentazione da 3,3 V?

Dal punto di vista del layout, sembra piuttosto buono. Tieni presente che le linee di trasmissione non sono davvero efficaci per le brevi tirature rispetto alla lunghezza d'onda, quindi probabilmente stai bene lì.

È possibile che si desideri aggiungere un rilascio termico ai connettori.