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Aug 09, 2023

SMA-Stecker-Footprint-Design für Open-Source-HF-Projekte

Wenn Sie zum ersten Mal mit dem PCB-Layout beginnen und gerade genug wissen, um es zu sein

Wenn Sie zum ersten Mal mit dem PCB-Layout beginnen und gerade genug wissen, um gefährlich zu sein, stecken Sie einfach einen Stecker ein, führen ein oder zwei Leiterbahnen durch und nennen es einen Hack. Wenn Sie mehr über die Feinheiten lästiger Elektronen erfahren und Ihre Zehen in die Gewässer höherer Leistung eintauchen, beginnen kleine Details wie Via-Größe, Anzahl, Masseebenenausschnitte und all dieser Jazz von Bedeutung zu sein, und es ist sehr einfach, sich ganz darauf einzulassen Ein Pickel, der versucht zu entscheiden, was nötig ist, um die Spezifikationen knapp zu übertreffen (oder schlimmer noch, wie man es zum „Besten“ macht). Steckerabschlüsse gehören zu den Dingen, die übersehen werden, bis aus MHz GHz wird. Zum Glück steht uns [Rob Ruark] zur Seite, um uns zu zeigen, wie wir mit Edge-Launch-SMA-Verbindungen für HF-Anwendungen eine angemessene Leistung erzielen können. Diese Prinzipien sollten auch für digitale Hochgeschwindigkeitsverbindungen gelten, es handelt sich also nicht nur um ein analoges Spiel.

Alles, was diesen unglücklichen Elektronen auf ihrer Reise passiert, wirkt sich auf subtile Weise auf die Leistung aus, aber je höher die Frequenzkomponenten eines Signals, desto schlechter wird es. Ein SMA-Randsteckverbinder kann so ausgelegt sein, dass er typischerweise eine charakteristische Impedanz von 50 Ω aufweist, dies gilt jedoch bis zum Ende der Anschlussstifte. Sobald es verlötet ist, entsteht eine Unterbrechung, sofern keine Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Sogar der Übergang vom Pad zur Signalspur kann ein System aus den Spezifikationen bringen, aber was ist mit dem Aufbau? Was ist mit der Grundplatte unter dem Pad?

Der erste Teil der Aufgabe besteht darin, Ihren PCB-Prozess über einen bestimmten Aufbau zu sichern. Jedes PCB-Gehäuse und jede Leitung darin unterscheidet sich vom nächsten, daher ist es wichtig, die Schichtanordnung, die Folien- und Dielektrikumsdicken, die Dielektrizitätskonstanten und die Verlustfaktorwerte zu kennen. [Rob] ging einen typischen Weg und machte einen ersten Versuch mit einem Footprint-Design, der von vielen Online-Rechnern (wie diesen von Chemandy Electronics) und Referenzmaterial unterstützt wurde. Die Grundstruktur ist der übliche koplanare Wellenleiter, bei dem das E-Feld durch die darunter liegende Masseebene eingeschränkt wird und über die Oberseite der Leiterbahn leckt. Dies führte zu einem Satz Testcoupons (kleine Test-PCBs) für zwei parallele Fab-Prozesse, OSHPark und JLCPCB.

Die zurückgegebenen Leiterplatten wurden mit einem NanoVNA V2 Plus charakterisiert, um die S11-Kurve (Rückflussdämpfung) auf etwa 4,5 GHz zu bringen, was bestätigte, dass sie bei etwa -26 dB bereits in einer guten Position für die Optimierung waren. [Rob] geht auch auf einige Details ein, wie man eine QUCS-Simulation eines konzentrierten Übertragungsleitungsmodells mit der gemessenen Testcoupon-Leistung in Einklang bringt, was durchaus einen tieferen Einblick wert ist.

Beim PCB-Design geht es um Funktionalität, aber auch um Ästhetik und andere Faktoren, die sich daraus ergeben. Auch zum Thema Übertragungsleitungen gibt es noch andere Arten von Übertragungsleitungen zu lesen.