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](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/ecd/e08/8fa/ecde088fa40a5beb92085e8bf46379c6.png)
![Рис.2 Аттенюатор на плате длиной 16мм Рис.2 Аттенюатор на плате длиной 16мм](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a08/52c/7cb/a0852c7cb5ec1bf617168513c6039c92.png)
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](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a00/e93/8ca/a00e938ca72f07ca303e9e69c77eeb9d.png)
![Рис.4 Плата с краевыми разъёмами SWMW Рис.4 Плата с краевыми разъёмами SWMW](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/dcb/9a1/198/dcb9a1198a511133ce900931a7b14a2f.png)
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](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/6f0/688/cca/6f0688cca40b4568c6acc033e1b92660.png)
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)](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2bd/9aa/037/2bd9aa0371678176923c67b90f003b0e.jpeg)
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)](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/ba2/d55/0bb/ba2d550bb2c00c520b7adeab6df2546b.png)
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](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d77/9cd/f4c/d779cdf4c15bb65db49652ae02f34e16.png)
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)
DarkTiger
21.08.2021 16:51В 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.
e-zig
21.08.2021 23:52Делать 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...
Leka_engineer Автор
21.08.2021 23:57честно говоря, я не представляю себе разработку сложного СВЧ модуля без своих EVB.
e-zig
22.08.2021 00:37Когда 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.
Leka_engineer Автор
22.08.2021 00:50И 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
DrBulkin
22.08.2021 01:43А в нынешних условиях реально ли такие сроки выдержать? Поставки ох как не предсказуемы стали...
Leka_engineer Автор
22.08.2021 09:51Наверно повезло. Ухудшения поставок в последние два года не было. Хотя проектов довольно много.
RV3EFE
Часто на свч платах оставляют проводники открытыми от маски. Неужели Er маски непредсказуемее загрязнения? Или это делают с другой целью?
Leka_engineer Автор
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.
RV3EFE
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.
Leka_engineer Автор
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
DarkTiger
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
Leka_engineer Автор
где ж вы были раньше!
RV3EFE
Всё закрыто. Но тут, конечно, не свч, а просто вч.
Это американский дизайн, достаточно хорошо работающий.
Интересно, начиная с каких частот стоит убирать маску?
Leka_engineer Автор
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))
DarkTiger
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
RV3EFE
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
Leka_engineer Автор
Ткань?
DarkTiger
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...
Leka_engineer Автор
Спасибо! Интересное, не уверена правда, что это применяется к микрополоскам и копланарам. Там другой немного принцип...
soceng
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…
Leka_engineer Автор
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.
согласна. но в видео в качестве примера используют Изолу
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....
DarkTiger
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.
le2
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.
AlexMiller001
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,
Leka_engineer Автор
парилен. шикарное покрытие, только очень трудоёмко и требует ручного труда.