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:
Все картинки из моего Инстаграма.
или вместо оснасток со стенками
Другой способ - применение краевых разъёмов 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.
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.
Обратите внимание, топовые производители часто делают дополнительный микрополосок Thru cal. Он необходим, чтобы оценить потери подводящих линий, а также оценить КСВ перехода разъём-плата.
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):
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.