PCB RF Layout Critique: Entrée sur mon PCB de radiotélescope

J'essaie de faire la disposition du tableau pour un radiotélescope que nous construisons dans l'un de mes emplois.

Voici la topologie globale du système:

^{QRFH est pour "Klaxon d'alimentation quadrillé". C'est un type d'antenne plutôt ésotérique.}

Fondamentalement, l'intention est de permettre des mesures de très haute précision, avec un étalonnage in situ et un suivi de dérive. Il y a un système intégré pour mesurer le SWR de l'antenne pour calibrer la dérive due aux changements physiques des changements de température, le calibrage du calibrateur SWR via la possibilité d'alimenter l'oscillateur SWR directement dans l'analyseur, une tonalité pilote en option pour permettre le suivi dérive de l'oscillateur dans l'analyseur de spectre, une diode de bruit, une terminaison et un petit dipôle pour mesurer les RFI locaux.

PDF complet de tout ici

Quoi qu'il en soit, voici ma disposition actuelle:

Disposition mise à jour:

Disposition originale:

Empiler:

Couche supérieure:

Rez-de-chaussée 1:

Puissance et interconnexions:

Rez-de-chaussée 2:

Vue d'ensemble:

Toutes les lignes de transmission doivent être comprises entre ~ 1 Ω et 50 Ω, en tenant compte du diélectrique du FR4 de la carte mère que j'ai l'intention d'utiliser.

À l'heure actuelle, cela est destiné à fonctionner dans la bande 50-300 MHz, donc plus de diélectriques ésotériques ne sont pas vraiment garantis, mais je les ai à l'étude.

Les amplificateurs LNA sont des mini-circuits CMA-5042 avec des polarisations TCBT-14 .
Les protections ESD sur les E / S se font via CLM-83-2W + .
Les commutateurs RF sont JSW6-33DR + (le commutateur 6P a de meilleures performances que les commutateurs 2P, donc j'utilise également un commutateur 6P en position 2P. La différence de prix est négligeable).
Les atténuateurs variables sont tous DAT-31R5-SP .

Fondamentalement, je cherche quelques choses.

• Ma disposition semble-t-elle au moins plutôt saine d'esprit?
• J'ai des traces de contrôle d'interrupteur et d'atténuateur fonctionnant sous des traces RF, mais avec un plan de masse entre les deux. Je ne pense pas que ce soit un problème, mais RF est bizarre.

J'ai gardé le soldermask en arrière de toutes les lignes de transmission RF autant que possible, avec juste peu de barrières autour des pièces SMT pour empêcher la soudure de couler sur les traces.

Surtout, je n'ai tout simplement pas fait de disposition RF auparavant, donc j'apprécie toute entrée.

Voici mes pensées et mes préoccupations, basées sur beaucoup de pratique et d'erreurs dans la conception de produits à bande ISM 902-928 MHz sur FR4:

1. Considérez certainement les connecteurs RF traversants, comme le suggère The Photon. Les connecteurs SMT se détachent facilement en prenant une partie ou la totalité des pads avec eux et enlèvent souvent une bonne partie de la trace centrale. Les vias intégrés offrent peu de résistance supplémentaire: vous parlez de quelques millièmes de cuivre plaqué agrippant le bord même du tampon qui n'a que quelques millièmes d'épaisseur. Le temps passé à fraiser les dégagements sera payant la première fois que le câble sera tiré fort ... seul le câble devra être remplacé. Je refuse d'utiliser des connecteurs SMT pour quoi que ce soit, une expérience difficile m'y oblige. Une alternative aux connecteurs de style vertical ou pagode est la variété à montage sur bord. Ceux-ci n'ont pas de trous de montage et sont "montés en surface" mais soudés à la fois sur le côté supérieur et inférieur. Je n'en ai jamais cassé ni retiré une planche.
2. Une plaque chauffante soudant à la fois les petits composants RF et les gros connecteurs est susceptible de surchauffer les plus petits composants en attendant que les gros connecteurs en laiton chauffent suffisamment pour refluer de manière fiable, en particulier la broche centrale qui est enterrée à l'intérieur de tout ce laiton et PCB. Envisagez de souder à la plaque chauffante uniquement le petit CMS, puis de souder à la main tout ce qui est gros. Les reliefs thermiques dans vos plots sont toujours une bonne idée pour un flux de soudure uniforme et fiable. Je les utilise sur des connecteurs RF pour les cartes 902-928MHz sans aucun effet indésirable; leur présence n'est pas mesurable. L'écart mince ne doit être que le minimum requis par votre fournisseur de PCB et vous pouvez utiliser plusieurs jambes thermiques. Les vias dans les plots de mise à la terre des connecteurs rendront les connecteurs beaucoup plus difficiles à souder.
3. Votre estimation d'impédance de 1% est très optimiste. 5% est possible avec FR4 si vous pouvez passer quelques révisions de planche à ajuster les largeurs de trace, les matériaux et le processus de fabrication jusqu'à ce que vous obteniez la bonne recette. Sinon, 10% est davantage la norme de facto pour la fabrication de circuits imprimés standard d'un fournisseur. Gardez à l'esprit: a. Le fait que la pression de la presse utilisée pour stratifier le panneau puisse avoir un effet significatif sur l'épaisseur de la couche finie, surtout si la couche est faite de pré-imprégné. Essayez d'utiliser un matériau de base pour les couches à impédance contrôlée car il n'est pas autant affecté par la variance de pression. b. L'emplacement de votre PCB dans le grand panneau de fabrication (au centre par rapport au bord du panneau) changera la pression de laminage, tout comme sa position dans l'empilement de divers PCB tous laminés en même temps. En collaboration avec un fournisseur de PCB, nous avons exécuté des coupons de test RF au centre et dans les coins et avons constaté des différences significatives. c. La tolérance de largeur de trace est donnée par votre fournisseur de PCB en fonction de son expérience avec son processus de gravure et de placage. Calculez l'effet de la largeur de trace min / max sur votre impédance caractéristique. Les traces plus larges sont moins sensibles à la variance de largeur de trace fixe. ré. La constante diélectrique du FR-4 d'un même fabricant peut varier considérablement d'un lot à l'autre et en fonction du rapport verre / résine du préimprégné ou du noyau utilisé dans chaque couche. Les traces plus larges sont moins sensibles à la variance de largeur de trace fixe. ré. La constante diélectrique du FR-4 d'un même fabricant peut varier considérablement d'un lot à l'autre et en fonction du rapport verre / résine du préimprégné ou du noyau utilisé dans chaque couche. Les traces plus larges sont moins sensibles à la variance de largeur de trace fixe. ré. La constante diélectrique du FR-4 d'un même fabricant peut varier considérablement d'un lot à l'autre et en fonction du rapport verre / résine du préimprégné ou du noyau utilisé dans chaque couche.
4. La trace de caractérisation n'est précise que sur les segments verticaux, mais vos traces de circuit réelles sont principalement horizontales. La chaîne / trame du FR4 peut provoquer des différences mesurables d'impédance en fonction de la direction de la trace, mais moins que la fréquence diminue. Vous ne dites pas si vous utilisez un TDR ou un VNA pour mesurer l'impédance, mais l'un ou l'autre devrait bien fonctionner avec une simple trace directement sur la carte. Si vous voulez une trace plus longue, serpentez les portions droites dans le sens horizontal au lieu de vertical. Essayez de déplacer T2-A vers le haut et T2-B vers le bas pour améliorer le fonctionnement, si nécessaire.
5. Surveillez le couplage entre les traces RF parallèles. Je ne sais pas si les différentes sources sont toujours activées. Lorsqu'une source n'est pas sélectionnée, elle est réfléchie par le commutateur RF SP6T, ce qui entraîne des ondes stationnaires et peut-être des résultats inattendus.
6. Prévoyez un blindage métallique pour enfermer le circuit.

Chez un employeur précédent, il était considéré comme une bonne pratique de lancer 2 ou 3 étapes de filtrage RC dans les lignes de commande de tout interrupteur pour empêcher tout couplage de bruit dans le signal de sortie via les lignes de commande de l'interrupteur. Fréq. Coin 700Hz ou environ.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

D'un point de vue schématique, vous regardez un peu de lumière sur les condensateurs de dérivation et le filtrage. Les rails d'alimentation 3,3 V sont-ils propres?

Du point de vue de la mise en page, cela semble assez bon. Gardez à l'esprit que les lignes de transmission ne sont pas vraiment efficaces sur de courtes distances par rapport à la longueur d'onde, donc vous y êtes probablement bien.

Vous souhaiterez peut-être ajouter un déclencheur thermique aux connecteurs.