Crítica de layout de PCB RF: Entrada no meu PCB de radiotelescópio

Estou tentando fazer o layout da placa de um radiotelescópio que estamos construindo em um dos meus trabalhos.

Aqui está a topologia geral do sistema:

^{QRFH é para "Chifre de Ridged Quad Ridged". É um tipo de antena bastante esotérica.}

Basicamente, a intenção é permitir medições de precisão extremamente alta, com calibração no local e rastreamento de deriva. Existe um sistema interno para medir o SWR da antena para calibrar a deriva devido a mudanças físicas das mudanças de temperatura, calibração para o calibrador de SWR através da capacidade de alimentar o oscilador de SWR diretamente no analisador, um tom de piloto opcional para permitir o rastreamento desvio do oscilador no analisador de espectro, um diodo de ruído, terminação e um pequeno dipolo para medir a RFI local.

PDF completo de tudo aqui

De qualquer forma, aqui está o meu layout atual:

Layout atualizado:

Layout original:

Empilhar:

Camada superior:

Solo 1:

Energia e interconexões:

Terreno 2:

Visão abrangente:

Todas as linhas de transmissão devem estar dentro de ~ 1Ω de 50Ω, levando em consideração o dielétrico do FR4 da casa de diretoria que pretendo usar.

No momento, isso deve operar na faixa de 50 a 300 Mhz, para que mais dielétricos esotéricos não sejam realmente necessários, mas eu os tenho em consideração.

Os amplificadores LNA são mini-circuitos CMA-5042 com viés de TCBT-14 .
Os protetores ESD nas E / S são via CLM-83-2W + .
Os comutadores de RF são JSW6-33DR + (o comutador 6P tem melhor desempenho que os comutadores 2P, então também estou usando um comutador 6P na posição do comutador 2P. A diferença de preço é insignificante).
Os atenuadores variáveis ​​são todos DAT-31R5-SP .

Basicamente, estou procurando algumas coisas.

• Meu layout, pelo menos, parece mais são?
• Tenho traços de controle de comutador e atenuador em execução sob traços de RF, embora com um plano de terra no meio. Não acho que isso seja um problema, mas a RF é estranha.

Eu mantive a máscara de solda afastada de todas as linhas de transmissão de RF, tanto quanto possível, com poucas barreiras ao redor das peças SMT para impedir que a solda percorra os traços.

Principalmente, simplesmente não fiz o layout de RF antes, então aprecio qualquer entrada.

Aqui estão meus pensamentos e preocupações, com base em muita prática e erros no design de produtos de banda ISM 902-928MHz no FR4:

1. Definitivamente, considere conectores de RF através do orifício, como sugere o Photon. Os conectores SMT se separam facilmente, participando de todos ou de todos os blocos, e geralmente retiram uma boa quantidade do traço central. As vias incorporadas fornecem pouca força adicional: você está falando de alguns milésimos de cobre revestido que prendem a extremidade do bloco com apenas alguns milésimos de espessura. O tempo gasto na remoção de folgas compensará a primeira vez que o cabo for puxado com força ... somente o cabo precisará ser substituído. Eu me recuso a usar conectores SMT para qualquer coisa, uma experiência difícil me faz fazer isso. Uma alternativa aos conectores verticais ou no estilo pagode é a variedade de montagem na borda. Eles não têm orifícios de montagem e são "montados na superfície", mas são soldados na parte superior e na parte inferior. Eu nunca quebrei um desses ou puxei um de um quadro.
2. A solda por placa quente, tanto nos pequenos componentes de RF quanto nos grandes conectores, provavelmente superaquecerá os menores componentes enquanto aguarda que os grandes conectores de latão aqueçam o suficiente para refluir de maneira confiável, especialmente o pino central que está enterrado dentro de todo esse latão e PCB. Considere a solda por placa quente apenas no SMT pequeno e depois na solda manual com qualquer coisa grande. Os relevos térmicos em seus eletrodos são sempre uma boa idéia para um fluxo de solda uniforme e confiável. Eu os uso em conectores de RF para placas 902-928MHz sem efeitos negativos; a presença deles não é mensurável. A lacuna fina precisa apenas ser o mínimo exigido pelo fornecedor da PCB e você pode usar várias pernas térmicas. Vias nas pastilhas de aterramento do conector dificultam muito a solda dos conectores.
3. Sua estimativa de 1% de impedância é muito otimista. 5% é possível com o FR4 se você puder passar algumas revisões da placa ajustando larguras de traços, materiais e o processo de fabricação até obter a receita certa. Caso contrário, 10% é mais o padrão de fato para a fabricação de PCBs de processo padrão de um fornecedor. Lembre-se: a. Que a pressão da prensa usada para laminar o cartão pode ter um efeito significativo na espessura da camada acabada, especialmente se a camada for feita de pré-impregnação. Tente usar o material do núcleo para as camadas de impedância controlada, porque não é afetado tanto pela variação de pressão. b. A localização da sua PCB no grande painel de fabricação (no centro vs. na borda do painel) alterará a pressão de laminação, assim como sua posição no empilhamento de várias PCBs sendo laminadas ao mesmo tempo. Trabalhando com um fornecedor de PCB, executamos cupons de teste de RF no centro e nas esquinas e encontramos diferenças significativas. c. A tolerância da largura do traço é fornecida pelo seu fornecedor de PCB com base em sua experiência no processo de gravação e revestimento. Calcule o efeito da largura mínima / máxima do traço na sua impedância característica. Rastreios mais amplos têm menos sensibilidade à variação fixa da largura do rastreio. d. A constante dielétrica de FR-4 de um único fabricante pode variar consideravelmente de lote para lote e dependendo da razão vidro / resina do pré-impregnado ou núcleo usado em cada camada. Rastreios mais amplos têm menos sensibilidade à variação fixa da largura do rastreio. d. A constante dielétrica de FR-4 de um único fabricante pode variar consideravelmente de lote para lote e dependendo da razão vidro / resina do pré-impregnado ou núcleo usado em cada camada. Rastreios mais amplos têm menos sensibilidade à variação fixa da largura do rastreio. d. A constante dielétrica de FR-4 de um único fabricante pode variar consideravelmente de lote para lote e dependendo da razão vidro / resina do pré-impregnado ou núcleo usado em cada camada.
4. O traço de caracterização é preciso apenas nos segmentos verticais, mas os traços de circuito reais são principalmente horizontais. A urdidura / trama do FR4 pode causar diferenças mensuráveis ​​na impedância, dependendo da direção do traço, embora menos quando a frequência diminui. Você não diz se está usando um TDR ou VNA para medir a impedância, mas qualquer um deles deve se sair bem com um simples traço direto na placa. Se você deseja um traço mais longo, incline as partes retas na direção horizontal, em vez de vertical. Tente mover T2-A para cima e T2-B para baixo para melhorar esse trabalho, se necessário.
5. Observe o acoplamento entre traços de RF paralelos. Não sei se as várias fontes estão sempre ativadas. Quando uma fonte não é selecionada, ela é refletida novamente no comutador SP6T RF, o que leva a ondas estacionárias e talvez a resultados inesperados.
6. Providencie uma blindagem de metal para envolver o circuito.

Em um empregador anterior, foi considerado uma boa prática lançar 2 ou 3 estágios de filtragem RC nas linhas de controle de qualquer comutador para evitar qualquer acoplamento de ruído no sinal de saída através das linhas de controle do comutador. Frequência de canto de 700Hz ou aproximadamente.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Do ponto de vista esquemático, você vê um pouco de luz nos capacitores de desvio e na filtragem. Quão limpos são os trilhos de alimentação de 3,3V?

Do ponto de vista do layout, parece muito bom. Lembre-se de que as linhas de transmissão não são realmente eficazes para pequenas tiragens em comparação com o comprimento de onda; portanto, você provavelmente está bem.

Você pode querer adicionar uma liberação térmica aos conectores.