Criterio de diseño de RF de PCB: Entrada en mi PCB de radiotelescopio

Estoy tratando de hacer el diseño del tablero para un radiotelescopio que estamos construyendo en uno de mis trabajos.

Aquí está la topología general del sistema:

^{QRFH es para "Cuerno de alimentación de cuatro canales". Es un tipo de antena bastante esotérico.}

Básicamente, la intención es permitir mediciones de precisión extremadamente alta, con calibración in situ y seguimiento de deriva. Hay un sistema incorporado para medir la ROE de la antena para calibrar la deriva debido a los cambios físicos de los cambios de temperatura, la calibración del calibrador SWR a través de la capacidad de alimentar el oscilador SWR directamente al analizador, un tono piloto opcional para permitir el seguimiento deriva del oscilador en el analizador de espectro, un diodo de ruido, terminación y un pequeño dipolo para medir RFI local.

PDF completo de todo aquí

De todos modos, aquí está mi diseño actual:

Diseño actualizado:

Diseño original:

Apilamiento:

Capa superior:

Tierra 1:

Energía e interconexiones:

Tierra 2:

Vista general:

Todas las líneas de transmisión deben estar dentro de ~ 1Ω de 50Ω, teniendo en cuenta el dieléctrico del FR4 de la casa de juntas que pretendo usar.

En este momento, esto está destinado a operar en la banda de 50-300 Mhz, por lo que más dieléctricos esotéricos no están realmente garantizados, pero los tengo en consideración.

Los amplificadores LNA son minicircuitos CMA-5042 con sesgos TCBT-14 .
Los protectores ESD en E / S se realizan a través de CLM-83-2W + .
Los interruptores RF son JSW6-33DR + (el interruptor 6P tiene un mejor rendimiento que los interruptores 2P, por lo que también estoy usando un interruptor 6P en la posición del interruptor 2P. La diferencia de precio es insignificante).
Los atenuadores variables son todos DAT-31R5-SP .

Básicamente, estoy buscando algunas cosas.

• ¿Mi diseño, al menos, parece más sano?
• Tengo trazas de control de interruptor y atenuador que se ejecutan bajo trazas de RF, aunque con un plano de tierra en el medio. No creo que esto sea un problema, pero RF es extraño.

He mantenido la máscara de soldadura alejada de todas las líneas de transmisión de RF tanto como sea posible, con solo pequeñas barreras alrededor de las partes SMT para evitar que la soldadura se desplace por las trazas.

Principalmente, no he hecho el diseño de RF antes, así que agradezco cualquier entrada.

Estos son mis pensamientos y preocupaciones, basados ​​en mucha práctica y errores al diseñar productos de banda ISM 902-928MHz en FR4:

1. Considere definitivamente los conectores RF de orificio pasante, como sugiere The Photon. Los conectores SMT se rompen fácilmente tomando parte o todas las almohadillas con ellos y, a menudo, eliminan una buena cantidad del trazo central. Las vías incrustadas proporcionan poca fuerza adicional: estás hablando de unas pocas milésimas de cobre enchapado que agarra el borde de la almohadilla que tiene solo unas milésimas de grosor. El tiempo dedicado a eliminar los espacios libres dará sus frutos la primera vez que el cable se tire con fuerza ... solo será necesario reemplazar el cable. Me niego a usar conectores SMT para nada, la experiencia dura me hace hacer esto. Una alternativa a los conectores verticales o de pagoda es la variedad de montaje en borde. Estos no tienen agujeros de montaje y son de "montaje en superficie", pero se sueldan tanto en el lado superior como en el inferior. Nunca he roto uno de estos o sacado uno de un tablero.
2. Es probable que la soldadura en placa caliente tanto de los componentes de RF pequeños como de los conectores grandes sobrecaliente los componentes más pequeños mientras espera que los conectores de latón grandes se calienten lo suficiente como para volver a fluir de manera confiable, especialmente el pasador central que está enterrado dentro de todo ese latón y TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO. Considere soldar con placa caliente solo el SMT pequeño y luego suelde a mano cualquier cosa grande. Los relés térmicos en sus almohadillas siempre son una buena idea para un flujo de soldadura uniforme y confiable. Los uso en conectores RF para placas 902-928MHz sin efectos nocivos; Su presencia no es medible. El espacio delgado solo debe ser el mínimo requerido por su proveedor de PCB y puede usar múltiples patas térmicas. Las vías en las almohadillas de tierra del conector harán que los conectores sean mucho más difíciles de soldar.
3. Su estimación de 1% de impedancia es muy optimista. 5% es posible con FR4 si puede pasar algunas revisiones de la placa ajustando anchos de trazas, materiales y el proceso de fabricación hasta que obtenga la receta correcta. De lo contrario, el 10% es más el estándar de facto para la fabricación de PCB de proceso estándar de un proveedor. Tenga en cuenta: a. Que la presión de la prensa utilizada para laminar el tablero puede tener un efecto significativo en el espesor de la capa terminada, especialmente si la capa está hecha de prepreg. Intente usar material de núcleo para las capas de impedancia controlada porque no se ve tan afectado por la variación de presión. si. La ubicación de su PCB en el panel de fabricación grande (en el centro frente al borde del panel) cambiará la presión de laminación, al igual que su posición en el apilamiento de varios PCB que se laminan al mismo tiempo. Trabajando con un proveedor de PCB, ejecutamos cupones de prueba de RF en el centro y las esquinas y encontramos diferencias significativas. C. La tolerancia del ancho de seguimiento la proporciona su proveedor de PCB en función de su experiencia con su proceso de grabado y enchapado. Calcule el efecto del ancho de rastreo mínimo / máximo en su impedancia característica. Las trazas más anchas tienen menos sensibilidad a la variación de ancho de traza fija. re. La constante dieléctrica de FR-4 de un solo fabricante puede variar considerablemente de un lote a otro y dependiendo de la relación vidrio / resina del preimpregnado o núcleo utilizado en cada capa. Las trazas más anchas tienen menos sensibilidad a la variación de ancho de traza fija. re. La constante dieléctrica de FR-4 de un solo fabricante puede variar considerablemente de un lote a otro y dependiendo de la relación vidrio / resina del preimpregnado o núcleo utilizado en cada capa. Las trazas más anchas tienen menos sensibilidad a la variación de ancho de traza fija. re. La constante dieléctrica de FR-4 de un solo fabricante puede variar considerablemente de un lote a otro y dependiendo de la relación vidrio / resina del preimpregnado o núcleo utilizado en cada capa.
4. La traza de caracterización solo es precisa en los segmentos verticales, sin embargo, las trazas de su circuito real son principalmente horizontales. La urdimbre / trama del FR4 puede causar diferencias medibles en la impedancia dependiendo de la dirección del trazado, aunque menos a medida que disminuye la frecuencia. No dice si está utilizando un TDR o VNA para medir la impedancia, pero cualquiera de los dos debería funcionar bien con un simple rastro directo en todos los ámbitos. Si desea una traza más larga, serpentee las porciones rectas en dirección horizontal en lugar de vertical. Intente mover T2-A hacia arriba y T2-B hacia abajo para que funcione mejor, si es necesario.
5. Esté atento al acoplamiento entre trazas de RF paralelas. No sé si las diversas fuentes están siempre encendidas. Cuando no se selecciona una fuente, se refleja desde el interruptor de RF SP6T que conduce a ondas estacionarias y tal vez a resultados inesperados.
6. Haga provisiones para un escudo de metal para encerrar el circuito.

En un empleador anterior, se consideraba una buena práctica lanzar 2 o 3 etapas de filtrado RC en las líneas de control de cualquier interruptor para evitar cualquier acoplamiento de ruido en la señal de salida a través de las líneas de control del interruptor. Frecuencia de esquina de 700Hz o therabouts.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Desde un punto de vista esquemático, se ve un poco de luz en los condensadores de derivación y el filtrado. ¿Qué tan limpios son los rieles de suministro de 3.3V?

Desde el punto de vista del diseño, se ve bastante bien. Tenga en cuenta que las líneas de transmisión no son realmente efectivas para tiradas cortas en comparación con la longitud de onda, por lo que probablemente esté bien allí.

Es posible que desee agregar una liberación térmica a los conectores.