Переходы краевого разъема SMA в РЧ печатной плате

В моем недавнем проекте модуля усилителя мощности, я показал общий вид размещения и трассировки различных компонентов в модуле питания, который использовал некоторые базовые компоненты. В модуле использовались краевые разъемы SMA для подачи питания и вывода генерируемого радиочастотного сигнала на частоте 6,3 ГГц. Но была одна вещь, которую я забыл включить в один из моих чертежей посадочного места для разъема SMA: зазор между землей и одной из паяльных площадок в посадочном месте SMA.

Мне немного стыдно, потому что система, которая легла в основу этого примера проекта, действительно включала зазор между землей. В некоторых радиочастотных конструкциях важно предусмотреть правильный зазор между землей под определенными компонентами как часть согласования импеданса, так же, как вы могли бы увеличить зазор между землей вокруг сети согласования импеданса.

В этой статье я покажу, почему может возникнуть необходимость в большем зазоре между землей под краевым разъемом SMA, а также оценю необходимость дополнительного зазора на печатной плате. Я также покажу некоторые результаты симуляции, которые иллюстрируют эффекты зазора между землей под контактным штырем разъема.

Что может произойти на больших посадочных площадках разъема SMA

Когда площадка подключения на контактной площадке SMA-разъема слишком велика, это может создать потенциал для несоответствия импеданса. Когда вы смотрите на такой SMA-разъем, как Taoglas EMPCB.SMAFSTJ.B.HT, легко заметить, что контакт на обратной стороне разъема довольно большой. Это требует более широкой и длинной площадки подключения, чтобы разъем можно было припаять к краю печатной платы.

Посмотрите на пример ниже, где входная 50-омная линия подключена к SMA-разъему на краю в проекте модуля питания. Если рассматривать площадку подключения как короткую линию передачи, то можно найти, что ее характеристический импеданс составляет около 14 Ом.

Хотя площадка короткая, это достаточно для создания значительного отклонения от целевого входного импеданса 50 Ом при подключении к SMA-разъему. Уместно задаться вопросом, приведет ли это к чрезмерным отражениям, что можно оценить, посмотрев на график S11.

Решая эту проблему, у нас есть три возможных варианта для обеспечения более точного согласования импеданса:

1. Удалите немного земли под площадкой, чтобы отклонение входного импеданса было минимальным
2. Разместите переход между линией передачи и площадкой
3. И #1, и #2

Сначала, удалив немного земли вокруг посадочной площадки, можно увеличить входной импеданс, смотря на площадку, так чтобы он был гораздо ближе к 50 Ом.

Альтернативный дизайн

Ниже показан альтернативный дизайн, который реализует обе техники. Были применены два изменения: размещение выреза земли под площадкой на L2 и L3, а также добавление перехода в дополнение к вырезу земли (Вариант #3)

Что происходит, когда земля очищается на L2 и L3? У нас все еще будет земля на L4 и L1, так что L4 будет нижней опорой для площадки. Это в основном означает, что у нас есть альтернативная конфигурация копланарного волновода; нам просто нужно отрегулировать расстояние от площадки до заливки на L1, чтобы достичь целевого импеданса 50 Ом.

Как мы видим из результатов импеданса в менеджере стека слоев, мы обнаруживаем, что цель в 50 Ом достигается для нашей 50 мил шириной площадки, просто увеличивая копланарное расстояние очистки земли с 6 мил до 10 мил.

В следующем разделе мы хотим рассмотреть кривую S11 для этого соединения без зазора с землей, только с зазором (Вариант №1) и с зазором + конусностью, показанными выше (Вариант №3).

Результаты S11

На изображении ниже показаны симулированные кривые S11 для трех вариантов (без зазора/конусности, с зазором и с зазором + конусностью). Эти кривые были симулированы индивидуально в Simbeor, а затем скомпилированы в Excel. Пунктирная линия показывает целевую рабочую частоту 6,3 ГГц. Обратите внимание, что корпус соединителя не был частью симуляции; гораздо более точная симуляция потребовала бы включения корпуса соединителя и выполнения симуляции с использованием 3D поля, или включения корпуса соединителя как части линейной сети для этой системы.

Показанные выше результаты демонстрируют, что расположение GND зазора без конусности обеспечивает лучшую производительность на целевой частоте, хотя конструкция с конусностью также будет приемлемой. Дизайн с конусностью может быть улучшен, поскольку в этом простом примере не был реализован строгий процесс проектирования конусности. Попробуйте отрегулировать длину и профиль конусности самостоятельно и посмотрите, получите ли вы лучшие результаты; вы также можете следовать приведенному ниже руководству.

• Узнайте больше о дизайне конусности для RF печатных плат

Другие SMA соединители могут работать лучше

Существуют и другие разъемы SMA, которые могут не требовать такого же зазора для заземления под сигнальным контактом, как в случае с разъемом на краю, показанным выше. Эти другие разъемы SMA, такие как Amphenol 901-10511-1, показанный ниже, используют гораздо меньший сигнальный контакт, и этот контакт потребует меньшую посадочную площадку, чтобы обеспечить достаточно большой припойный филлет.

Поскольку этот компонент использует гораздо меньший сигнальный контакт в центре корпуса разъема, ему не требуется большая посадочная площадка, и гораздо проще согласовать контакт с тонким проводником. Это означает, что естественным образом будет гораздо более тесное соответствие между входным импедансом площадки, смотрящим в сторону печатной платы, и характеристическим импедансом линии передачи. Благодаря этому более тесному соответствию, может потребоваться удалить только небольшое количество сопланарного заземления. Также гораздо проще просто подогнать линию передачи точно под площадку, так что дополнительные решения для согласования не нужны.

Всякий раз, когда вам нужно разместить разъемы и обеспечить заземление на вашей печатной плате, используйте полный набор инструментов для проектирования и производства ПП в Altium Designer®. Как только вы закончите разработку платы и будете готовы поделиться производственными данными, вы можете легко обмениваться данными и отправлять файлы вашей команде с помощью платформы Altium 365™.

Мы лишь слегка коснулись возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.