Доверяй, но проверяй. О неточностях и ошибках в даташитах (СВЧ компоненты)
дисклеймер: статья не имеет цели указать конкретные фирмы, где в даташитах есть ошибки, это случайные примеры, которые попались мне. Статья имеет цель рассказать про мой опыт; обратить внимание разработчиков на возможные неточности в даташитах
Введение
Я разрабатываю СВЧ устройства, часто они состоят из нескольких СВЧ блоков. В моём случае СВЧ блоки представляют собой покупные микросхемы в корпусе или в виде кристалла. Каждый новый для себя компонент я тестирую, для этого необходима тестовая (отладочная) плата.
-«Но в даташитах указаны параметры»,- можете возразить вы. Но я всё равно делаю свои тестовые платы, потому что:
1) Не всегда производитель указывает условия измерения (часто представлены измерения на зондах — ссылка)
2) Почти всегда я собираюсь использовать другую СВЧ-подложку и другие коаксиальные разъёмы
3) У меня есть свой стандартный ряд размеров оснасток и плат, мне удобно, чтобы все платы были унифицированы
4) В даташитах встречаются ошибки
Документы к компонентам
Итак, когда у меня появляется задача протестировать компонент, сначала я ищу даташит в интернете. Проверяю паспортные параметры, подходят ли они для моей схемы (усиление, ослабление, токи потребления и т.п.), но сейчас не об этом. Допустим, компонент утверждён, как подходящий. Больше всего меня интересуют страницы с чертежом компонента (особенно если корпус нестандартный) + land pattern, схемой обвязки и видом тестовой платы EVB. Больше о EVB читайте в моей прошлой статье тут.
Кроме даташита полезную информацию можно найти в AN (application Note). Я настоятельно советую найти компонент именно на сайте фирмы-производителя (а не на сайте-магазине или alldatasheets), чтобы ознакомиться с дополнительными документами и AN. Я даже встречала видео о том, как правильно монтировать мощный СВЧ усилитель!
Несколько примеров
В этой подборке несколько различных примеров ошибок и неточностей, а также несколько моментов из моего опыта, которыми я бы хотела поделиться.
-Пример того, как мне однажды пришлось измерять компонент штангенциркулем
Была задача изготовить EVB для аналогового аттенюатора HVA-73+ фирмы MiniCircuits. В даташите есть чертеж компонента (outline drawing) и топология land pattern.
Рис. 1 Размеры компонента HVA-73+ и топология
Был заказан компонент, параллельно запущены платы в производство (что логично в целях экономии времени). Однако, когда началась сборка, выяснилось, что площадки компонента выглядят несколько иначе.
Рис. 2 Фотография полученной микросхемы аттенюатора
Верхняя часть не соответствуют чертежу производителя. Оказалось, что верхние площадки аттенюатора касаются земляного полигона на плате. На первой тестовой плате пришлось «скоблить» металлизацию, чтобы установить компонент. История закончилась тем, что я перерисовала плату в соответствие с настоящими площадками. На рисунке ниже слева- версия по даташиту, справа- новая.
Рис. 3 Топологии плат версия 1 (по даташиту) и версия 2 (после измерений)
Кстати в своём Инстаграме я описывала основные шаги разработки EVB на примере именно этой микросхемы аттенюатора ссылка
-Пример того, почему иногда собственные изменения топологии только вредят
У меня была задача нарисовать EVB для циркулятора. В даташите предложена вот такая топология.
Рис. 4 Предложенная в даташите топология
Я же, вследствие нехватки места в СВЧ-модуле (кстати, об этапах разработки СВЧ-модулей я писала статью), решила сделать выводы горизонтально, а не под 60 градусов. Оно не заработало.
Рис. 5 Первая итерация платы, которая не заработала
-Странный пример
В статье американской фирмы SWMW были рассмотрены разные топологии заземлённых копланарный линий. При этом разными были не только зазоры и ширина полоска, но и металлизированные отверстия, формирующие виртуальные стенки (диаметр и шаг).
Рис. 6 Странные вычисления в статье SWMW
Я так и не смогла понять, зачем автор сначала задал диаметр и шаг отверстий, а потом стал по формулам высчитывать расстояние между краями отверстий.
-Пример избыточности требований
У меня часто складывается ощущение, что тестовые платы разрабатываются высококвалифицированными инженерами, а вот их описание в даташитах или AN достаётся первогодкам или даже студентам.
Например, я хотела использовать СВЧ усилитель фирмы Triquint. В даташите есть картинка EVB и схема. В даташите указан материал платы.
PCB Material: 0.0147» Rogers Ultralam 2000, single layer, 1 oz Cu, εr = 2.45 Microstrip line details: width = .042», spacing = .050».
Рис. 7 Топология и схема обвязки для усилителя Avago из даташита
п.2 Мне так и не ясно, почему обязательно 47 пФ. С другими тоже хорошо работает. п.3 Почему? ведь там же явно специально сделан ряд металлизированных отверстий для настройки. Это скорее рекомендация, чем требование. А вот насчет моей красной галочки справа (рядом с отрезком ЛП длиной 525 mil и шириной 20 mil) нужно сначала заглянуть в AN на этот усилитель.
В AN предложен пример балансной схемы (это когда два усилителя ставят параллельно, а мощность сначала делится, а потом суммируется с помощью гибридных мостов).
Рис. 8 Схема усилителя из AN
Красной галочкой я отметила то же место; указано, что длина и ширина должны быть 525 mil и 20 mil). Но материал указан другой!
Circuit Board Material: Top RF Layer is .014» Getek, Er = 4, total thickness = .021» 1oz Cu, Microstrip line details: width = .042», spacing = .05»
Также можно заметить, что обвязка (фильтрующие цепи) отличается в схемах их даташита и балансной схеме. К тому же мы заменили C8 номиналом 4,7 мкФ с рис. 7 на 1нФ из-за проблем с работой в импульсном режиме (возникал выброс).
Про цепи фильтрации усилителей я писала в этой статье.
-Ещё пример, что стоит самому думать о фильтрующих компонентах
В даташите на микросхему bias-tee TСBТ-123+ предложен конденсатор 0,01 мкФ в качестве фильтрующего. К сожалению так оно работало плохо (возникал резонанс на АЧХ). Конденсатор был заменён на 560пФ.
Рис. 9 Схема к TCBT-123+
-Пример того, почему обязательно стоит смотреть AN
Даташит на усилитель мощности Ampleon BLS2731–120.
Рис. 10 п.8 Даташита BLS2731–120
Конденсаторы С5 и С11 рекомендованы как конденсаторы 1нФ фирмы ATC серии 100a. Но в серии 100а нет такого номинала! А вот в AN серия указана верно.
Рис. 11 п.3 AN BLS2731–120
Я-то знаю все серии конденсаторов АТС, так как часто их использую, и знаю, что 700а — серия, аналогичная 100а (90± 20), только с уменьшенным температурным коэффициентом (0± 30). Но всё же ошибка имеет место быть.
Кстати, на рис. 11 неправильно поставлен маркер танталового конденсатора. Взорвётся ведь, будет неприятно.
Ну, а главное, почему стоит обязательно читать все документы от производителя — если собрать усилитель с предложенными платами, выходная мощность будет около 80Вт. А если заглянуть в AN, можно увидеть, какие из подстроечных квадратиков сотрудники Амплеона закоротили, чтобы получить 120Вт на выходе. (Смотрите на черные квадраты на согласующих цепях на рисунке 11)
-Пример мелкой, но всё же ошибки в даташите
Как я писала в прошлых статьях, хорошим тоном является сделать дополнительный полосок «на проход» для калибровки потерь и проверки качества перехода разъём полосок. Иногда, если на сигнальный полосок в схеме подаётся питание, то такую же схему питания делают и на этом калибровочном полоске (или ставят разделительные конденсаторы, как в схеме).
На рисунке 12 схема обвязки СВЧ ключа Macom и список компонентов.
Рис. 12, а СхемаРис. 12 б список компонентов
Калибровочный полосок обозначен как reference path и должен повторять путь от входа на один из выходов. Другими словами, пусть от J3 до J4 должен повторять путь от J1 до J0. Ошибка закралась в номинале конденсатора С14, он должен быть таким же, как С5.
Заключение
В этой статье я постаралась сфокусироваться не на ошибках, а на рекомендациях разработчику; на что стоит обратить внимание при проектировании тестовой платы. Ведь итоговая топология на общей плате модуля будет повторять топологию тестовой.
Спасибо за внимание! Читайте мои прошлые статьи и подписывайтесь на мой Инстаграм.
