Eval Board (evaluation board, далее будет использоваться сокращение ЕVВ) - это тестовая плата, на которой установлен исследуемый компонент, а также установлены коаксиальный разъёмы и необходимая обвязка (конденсаторы, индуктивности) + выведены площадки под подачу питания/управления.

Как я писала ранее, в мою работу входит не только разработка собственно схемы СВЧ модуля, но и проектирование тестовых плат, а также измерение параметров микросхем (именно поэтому так важно сделать как можно более хороший переход плата-разъём).

Эта статья связана с предыдущими моими статьями.

Введение

В состав СВЧ модуля может входить множество разных микросхем. Микросхемы могут быть как разработанные на том же предприятии, так и покупные. Микросхемы могут поставлять в виде кристаллов (die) или в корпусированном виде. Моё мнение - все микросхемы необходимо тестировать перед использованием, потому что

  • в даташитах характеристики иногда приукрашены

  • в даташитах не всегда указан параметр, по которому происходит оценка (например полосы частот)

  • в даташитах не всегда указаны условия измерений

  • часто условия (тип подложки, например) в разрабатываемом изделии будут другими и часто это влияет на характеристики

  • если микросхемы собственного производства - их необходимо протестировать, так как их никто другой не протестирует

  • тестировать сложные микросхемы, например усилители необходимо вдвойне, так как в даташитах иногда просто невозможно вместить все возможные режимы работы

  • при тестировании можно производить настройку и согласование

Тестовые платы и оснастки

В прошлых статьях я упоминала, что у нас в работе существует ряд стандартных длин плат и оснастки под них. Зачем? Мы тестируем всё, начиная от простого разделительного конденсатора и заканчивая многоваттным усилителем со сложной топологией схемы согласования и многокопонентной схемой питания. Нетрудно догадаться, что для одного конденсатора удобно использовать самую маленькую оснастку, а для усилителя с обвязкой потребуется сильно больше площади.

Кстати про обвязки и схемы питания СВЧ усилителей у меня запланирована статья

Именно отработанные оснастки с известным КСВ перехода разъём-плата позволяют быть уверенными в качестве измерений исследуемого компонента.

Примеры:

Рис.1 Усилитель в корпусе sot89 в оснастке длиной 32мм
Рис.1 Усилитель в корпусе sot89 в оснастке длиной 32мм
Рис.2 Аттенюатор на плате длиной 16мм
Рис.2 Аттенюатор на плате длиной 16мм

Все картинки из моего Инстаграма.

или вместо оснасток со стенками

Другой способ - применение краевых разъёмов SWMW

Рис.3 Плата с усилителем под съёмные краевые разъёмы
Рис.3 Плата с усилителем под съёмные краевые разъёмы
Рис.4 Плата с краевыми разъёмами SWMW
Рис.4 Плата с краевыми разъёмами SWMW

Тестирование СВЧ усилителей

Громкий заголовок, извините, в этом параграфе я точно не смогу описать все аспекты тестирования усилителей.

Усилитель - активный элемент, а это значит, ему необходима схема питания (иногда две), а также часто необходимы дополнительные элементы (разделительные конденсаторы, подстроечные индуктивности).

Кроме того, транзисторы, из которых состоят кристаллы усилителей по своей природе имеют очень малое волновое сопротивление. Корпусированные микросхемы предлагаются к покупке согласованными на 50 Ом. Однако, не стоит радоваться. Часто, особенно, если усилитель широкополосный, он требует "досогласования" в нужной полосе частот.

Рис.5 Скриншот экрана страницы с МШУ - можно посмотреть два типа ЕВ и скачать gerber файлы
Рис.5 Скриншот экрана страницы с МШУ - можно посмотреть два типа ЕВ и скачать gerber файлы

Кстати, эту микросхему можно купить в трех разных видах: кристалла (17$) , корпусированном виде (2$), а также в виде коробочки с SMA разъёмами (90$).

В последнее время я всё чаще вижу, что производители микросхем (Avago, Triquint, Cree, Ampleon и т.п.) не просто предлагают купить их ЕVВ, а выкладывают на сайте файлы в формате gerber и даже dxf. Казалось бы, можно сэкономить, ведь ЕVВ стоят от 100-200 $ и до 1000-2000$.

Но! Нужно учитывать время инженера на согласование изготовления плат, сама стоимость изготовления, время изготовления, монтаж, покупку компонентов обвязки, стоимость разъёмов.

Рис.6 ЕВ Hittite с разъемами SWMW (картинка из интернета)
Рис.6 ЕВ Hittite с разъемами SWMW (картинка из интернета)

Обратите внимание, топовые производители часто делают дополнительный микрополосок Thru cal. Он необходим, чтобы оценить потери подводящих линий, а также оценить КСВ перехода разъём-плата.

Рис. 7 ЕВ Cree (картинка из интернета)
Рис. 7 ЕВ Cree (картинка из интернета)

С другой стороны, чаще всего производители используют Ro4350- самый дешевый Роджерс с довольно высоким тангенсом диэлектрических потерь. То есть, есть большая вероятность, что в модуле будет другая подложка. Также в поддержку моего призыва делать тестовые платы самим я бы указала на то, что ЕVВ не бывают для конденсаторов, диодов и т.п. То есть на первом этапе проектирования всё равно придётся запускать в производство тестовые платы. В таком случае уж лучше и для усилителя тестовую плату сделать.

Так покупать или делать самим?

Мой ответ, если усилитель (микросхема) нужен для сложного модуля - делать самим. Если же усилитель, например, необходим как лабораторный предварительный усилитель, или не требуются слишком высокие показатели - лучше и легче купить ЕVВ от производителя.

Пример, когда мы использовали gerber файл производителя (обратите внимание - стенки с блочными разъёмами, как на фотографиях 1 и 2):

Рис.8 Мощный усилитель с согласующими платами, изготовленными по чертежам производителя
Рис.8 Мощный усилитель с согласующими платами, изготовленными по чертежам производителя

Кроме того, теперь любой, не обязательно обладающий глубокими знаниями по усилителям, инженер вполне может создать усилительный блок, например используя dxf производителя и делитель с сумматором.

Комментарии (31)


  1. RV3EFE
    21.08.2021 14:22

    Часто на свч платах оставляют проводники открытыми от маски. Неужели Er маски непредсказуемее загрязнения? Или это делают с другой целью?


    1. Leka_engineer Автор
      21.08.2021 15:04
      +1

      так как я разработчик, я всегда оставляю проводники открытыми от маски в тестовых платах, ведь часто необходимо согласование "по месту". маску делаю только в местах пайки.

      медные проводники покрывают защитным слоем золота или серебра, чтобы открытая медь не окислялась на воздухе.

      в серийном производстве стоит использовать маску только, если уверен в том,что толщина, Er, а также очередность (маска до финишного покрытия или после) будут всегда одинаковыми. К сожалению, на производстве нет регламента на толщину маски, маска бывает сухая плёночная, а бывает жидкая, иногда маску делают до покрытия, иногда после.

      извините, может мой ответ не совсем на тему вашего комментария, я не понимаю о каких загрязнениях вы говорите. обычно мои платы не подвергаются загрязнениям, а изделия, которые используются - упаковываются в металлические коробки с коаксиальными выходами.

      долгий спор насчёт маски был в комментариях под моей первой статьёй, если вам интересно.


      1. RV3EFE
        21.08.2021 15:21

        Спасибо, почитаю.

        А золотое напыление, если оно не энипик, истончается. А серебро окисляется. Даже могу фотки примеров показать.

        Просто интересно, реально стоит оставлять открытыми, или всёже лучше закрывать.


        1. Leka_engineer Автор
          21.08.2021 15:27

          есть такое, имм покрытия недолговечны. у меня самой вагон плат старых, где уже видны разводы )))

          универсального ответа на ваш вопрос нет, нужно выбирать в зависимости от назначения.

          другое дело, что хотела обратить ваше внимание, что маска - точно не идеальное/универсальное покрытие


        1. DarkTiger
          21.08.2021 17:03
          +2

          Обычная маска предназначена для механической защиты дорожек платы от КЗ посторонним предметом, воздух она пропускает хорошо и от окисления практически не спасает.
          Хотя, наверное бывают и специальные, защитные маски - не работал с ними, не могу ничего сказать. Полагаю, что импеданс дорожек с ними придется пересчитывать, или в САПР ввести в шаблон.

          Классическое защитное покрытие лаком или мастикой в СВЧ вряд ли подойдет - лак ложится неравномерно, возле компонентов образуются выступы, что приводит к непредсказуемым скачкам импеданса


          1. Leka_engineer Автор
            21.08.2021 17:49

            где ж вы были раньше!


          1. RV3EFE
            22.08.2021 23:08

            Всё закрыто. Но тут, конечно, не свч, а просто вч.

            Это американский дизайн, достаточно хорошо работающий.

            Интересно, начиная с каких частот стоит убирать маску?


            1. Leka_engineer Автор
              22.08.2021 23:23

              Предполагаю, что у крупных производителей есть возможность контролировать маску, так как я видела evb от уже упомянутых hittite и Cree на частоты до 5-6-10ггц с маской на полосках.

              Пс классные coil! Люблю такие, вот просто нравятся))


            1. DarkTiger
              23.08.2021 09:26
              +1

              Проблемы ведь не в маске как таковой, а в броске импеданса в месте начала маски. Если линия короткая, то на многие потенциальные проблемы можно наплевать. Если же линия длинная, то надо вылизывать все вероятные броски импеданса, начиная от перехода от ножки чипа к дорожке платы до прерывания маски по пути дорожки и выноса подальше близко стоящих к дорожке компонентов.

              Сама маска легко учитывается в формуле, в САПР просто добавляется маска в стекап и все. По крайней мере, в Allegro это есть, в Altium вроде тоже. В Polar также можно посчитать, если надо совсем уж точно.

              Там много параметров, в Ютубе, например, есть часовая лекция на эту тему, от Амфенола, у которых есть рекомендация вести дифпары high-speed интерфейсов под 45 градусов, потому что ткань, используемая в платах, имеет свою структуру и это надо учитывать, поскольку одна дорожка дифпары идет вдоль одной нити, другая вдоль другой, а сплетены эти нити по-разному

              Вот немного теории


              1. RV3EFE
                23.08.2021 12:54

                Ну по данной статье (теории) получилось логично, с чего я и начинал спрашивать. Er маски реально будет заметен и критичен для некоторых случаев. Можно либо учесть, либо пренебречь.
                Использую алюминонитрид или алюминооксид в качестве подложек, можно вообще легко забить на учёт. Для прочих ещё будет влиять немного..
                Всем спасибо за ликбез


              1. Leka_engineer Автор
                23.08.2021 19:23

                Ткань?


                1. DarkTiger
                  23.08.2021 23:10
                  +1

                  Да, там много неочевидных вещей. Только видео от Samtec, а не от Амфенола.

                  У производителей разъемов много очень хороших разработчиков. Один товарищ из Амфенола в 2013, когда решался вопрос о покупке их ВЧ разъемов XCede на $150K, моделировал нам в проект 12 ГГц дифпару в трехмерке, суммарной длиной около метра и проходящую через три печатные платы. В чем - не помню уже, то ли в Hyperlynx, то ли в Sigrity...


                  1. Leka_engineer Автор
                    23.08.2021 23:48

                    Спасибо! Интересное, не уверена правда, что это применяется к микрополоскам и копланарам. Там другой немного принцип...


                1. soceng
                  25.08.2021 23:57

                  Ткань?

                  Вероятно, DarkTiger имеет в виду неоднородный характер ламината для плат. Стеклоткань имеет структуру переплетенных волокон, залитых смолой. Если микрополосок идет вдоль волокна, то он может попасть либо в область, где больше смолы и меньше волокна или наоборот, соответственно eps_eff будет отличаться в этих двух случаях. А если делать микрополосок под 45 градусов, то в среднем для двух линий той же дифф. пары eps_eff будет одинаков.
                  См. иллюстрацию Figure 7 здесь очень наглядно показано, что я пытался описать: www.mdpi.com/2076-3417/9/2/353/pdf-vor (конкретно эту статью не читал, это просто первая попавшаяся, где нашел нужную картинку).

                  Понятно, что эта неоднородность будет тем больше сказываться, чем больше ширина волокон/зазоров из смолы относительно ширины микрополоска. И понятно, что это далеко не всегда так. СВЧ материалы всё же довольно однородны. Ну а если делать СВЧ дизайн на FR4, то уж извините…


                  1. Leka_engineer Автор
                    26.08.2021 11:15

                    я посмотрела видео (выше написала) от Самтека и поняла о чём.

                    Однако, в видео идёт речь в основном о диф парах, и поле в таких типах линии отличается от поля в МП и копланаре. предполагаю, что из-за того, что поле "идёт" на землю, на характеристики волокна влияют меньше.

                    СВЧ материалы всё же довольно однородны.

                    согласна. но в видео в качестве примера используют Изолу

                    Ну а если делать СВЧ дизайн на FR4, то уж извините…

                    насчет FR4 для СВЧ

                    мне захотелось проверить (изготовить две платы в одном запуске ровно и по диагонали), но я не придумала пока что как. мне кажется на обычном полоске не увидеть разницу....


                    1. DarkTiger
                      27.08.2021 15:36
                      +1

                      Конечно, на полоске не увидеть разницы, это можно сразу сказать. Полосок - это single-ended. Затухание будет одинаковым (ну, почти) в любом направлении, но для дифпары еще очень важно рассогласование линий, и вот там это «почти» уже очень важно, поскольку проблемами СВЧ являются еще и помехи. Которые и гасит сбалансированная дифпара.


          1. le2
            27.08.2021 12:29
            +1

            да, "обычная маска" это паяльная маска, нужна только для уменьшения брака при пайке. На большее надеяться не стоит.

            Иммерсионное золочение нужно в первую очередь для параллельности установки чипов при автоматическом монтаже. Золото хорошо взаимодействует с пастой и разъедается. То есть при золоте - меньше брака.

            Иммерсионное золото - очень тонкое и также нужно в основном для монтажа и надеяться на защитные свойства при эксплуатации безответственно (может почернеть). Хорошее золочение это гальваническое золочение, типа как у краевых разъемов, но пригодно только для простых рисунков на плате, потому что для гальванизации требуется выводить все контакты для внешней оснастки.


      1. AlexMiller001
        21.08.2021 20:58

        А что на счёт поли-пара-ксилиленового покрытия? Или вообще хлор-ксилилен. Технология покрытия исключает любое загрязнение. И долговечнось невероятная, как и цена впрочем. Конечно необходимо защищать места пайки, но интересно как он будет влиять на характеристики. Толщина покрытия регулируется и задаётся с невероятной точностью,


        1. Leka_engineer Автор
          21.08.2021 21:03

          парилен. шикарное покрытие, только очень трудоёмко и требует ручного труда.


  1. EvgeniiNx
    21.08.2021 15:24

    Маска меняет емкость


    1. RV3EFE
      22.08.2021 23:05

      А как она это делает с точки зрения физики. Она ведь не электропроводна.

      На ёмкость проводника влияют его толщина, ширина, длина и расстояние до подложки, ну или элементу, заряд которого отличен от проводника.


      1. le2
        27.08.2021 12:17
        +1

        скорость волны максимальна в вакууме (скорость света). Дальше скорость падает пропорционально диэлектрической проницаемости. Импеданс будет разный в зависимости от типа диэлектрика платы и маски.


        1. RV3EFE
          27.08.2021 21:58

          А при чём тут ёмкость?


  1. DarkTiger
    21.08.2021 16:51

    В кругу хорошо знакомых коллег вот это может вызвать неудобные вопросы про личную жизнь:

    Eval Board (evaluation board, далее будет использоваться сокращение ЕВ)

    Обычно пишут EVB. И благозвучнее будет для русского уха, и правильнее для зарубежного.


    1. Leka_engineer Автор
      21.08.2021 17:49

      оу

      ладно, я поправлю.


  1. e-zig
    21.08.2021 23:52

    Делать свои EVB очень правильно, но дорого (в том числе из-за увеличивающихся сроков разработки). Начальство идет на это редко и крайне неохотно. А жаль, всегда хочется совершенства...


    1. Leka_engineer Автор
      21.08.2021 23:57

      честно говоря, я не представляю себе разработку сложного СВЧ модуля без своих EVB.


      1. e-zig
        22.08.2021 00:37

        Когда я трудился в госконторе, где срок разработки например 2 года был нормой, то да. А в частной конторе все это надо было сделать за полгода. Моделирование, опыт, интуиция, форумы, общение с поддержкой производителя - все это помогает хоть и не на 100% конечно.


        1. Leka_engineer Автор
          22.08.2021 00:50

          И в полгода можно уложиться с тестовыми платами.

          Моделирование и опыт это плюс, но без x параметров или spice моделей ничего не сделать со сложным усилителем. И то, я бы ни за что не поставила в модуль усилитель без тестирования отдельно.

          Кстати, сроки-то сходятся : год на кд и тз, полгода разработка, полгода испытания ​


          1. DrBulkin
            22.08.2021 01:43

            А в нынешних условиях реально ли такие сроки выдержать? Поставки ох как не предсказуемы стали...


            1. Leka_engineer Автор
              22.08.2021 09:51

              Наверно повезло. Ухудшения поставок в последние два года не было. Хотя проектов довольно много.