Empedans uyumu için başka bir fikir
RF mühendisleri çip ile anten arasındaki empedans eşleşmesini tasarlarken böyle bir sorunla karşılaştı mı? Veri sayfasındaki parametrelere göre eşleştirme tasarımı yapıldı.Son olarak test, gerçek sonuçların kılavuzun performansından çok farklı olduğunu buldu.Neden bu kadar büyük olduğunu düşündün mü? Fark? Ayrıca, eşleştirme ve hata ayıklama sürecinde, farklı kapasitörler ve endüktanslar denemeye devam ediyoruz ve bileşenleri ileri geri kaynaklıyoruz Bu hata ayıklama yöntemini geliştirebilir miyiz?
1. İdeal eşleşme
İletişim sisteminin RF ön ucu, sistemin etkili bir şekilde alınmasını ve iletilmesini sağlamak için genellikle empedans eşleştirmesine ihtiyaç duyar.Endüstriyel Nesnelerin İnternetinin kablosuz iletişim sisteminde, ülkenin iletim gücünün boyutu konusunda + 20dBm'den yüksek olmamak gibi katı gereksinimleri vardır; eğer başarılamazsa İyi bir eşleşme, sistemin iletişim mesafesini etkileyecektir.
RF ön ucunun ideal durumu, Şekil 1'de gösterildiği gibi kaynak ucunun, iletim hattının ve yük ucunun hepsinin 50 olmasıdır. Ancak böyle bir durum genellikle mevcut değildir. Tasarım sürecinde devre simüle edilse bile pano fabrikasının üretim sürecinde hat genişliğinde, iletim hattı ile zemin düzlemi arasındaki boşlukta ve levha kalınlığında hatalar olacaktır ve pedler genellikle hata ayıklama için ayrılmıştır.
Şekil 1 İdeal empedans uyumu
2. Çip kılavuzunda önerilen devreden büyük sapmanın nedeni nedir?
RF devre tasarımı ile uğraşan mühendisler böyle bir deneyime sahip olmuşlardır.Eşleşen devreleri yaparken, veri kılavuzunda verilen S parametreleri, devre topolojisi ve bileşen değerlerine göre tasarım yaparlar.Nihai sonuçlar kılavuzdan çok farklıdır. Bu neden?
Bunun ana nedeni, radyo frekansı devreleri için, "tel" artık bir tel değil, karakteristik bir empedansa sahip olmasıdır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, radyo frekansı iletim hattı direnç, kapasitans ve endüktanstan oluşan bir ağ olarak kabul edilir.Bu sırada analiz için dağıtılmış parametre teorisine ihtiyaç vardır.
Şekil 2 İletim hattı modeli
Karakteristik empedans, sinyal hattının çizgi genişliği (w), çizgi kalınlığı (t), dielektrik katman kalınlığı (h) ve dielektrik sabiti ile ilgilidir. Hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Formülden, karakteristik empedansın dielektrik tabakanın kalınlığı ile doğru orantılı olduğu anlaşılabilir.Yalıtım kalınlığı ne kadar kalınsa, sinyalin içinden geçmesi için karşı karşıya olduğu direnç ve bir döngü oluşturmak için zemin tabakasının o kadar büyük olduğu, dolayısıyla empedans değeri o kadar büyük olduğu; Genişlik, çizgi kalınlığıyla ters orantılıdır.
Çiplerin uygulama senaryoları farklı olduğu için devre tasarımı aynı olmasına rağmen tasarlanan PCB, plaka, kart kalınlığı ve kablolamada farklılıklara neden olacak ve karakteristik empedansta değişikliklere neden olacak yapı boyutu, cihaz tipi, yerleştirme konumu gibi faktörlerden etkilenir. Eşleştirme için kılavuzda verilen parametreleri kullanmaya devam ettiğimizde, iyi bir empedans eşleşmesi elde edilemez Doğal olarak, gerçek test sonuçları ile kılavuzda verilen sonuçlar arasında büyük bir sapma olacaktır.
Çip manuel devresinin tüm parametrelerini tamamen kopyalayamasak da, -tipi, T-tipi veya L-tipi gibi topolojik yapıya başvurabiliriz. O zaman bu parametrelerde nasıl hata ayıklamalıyız?
Üç, geleneksel hata ayıklama yöntemleri
PCB tasarımını tamamlayıp hata ayıklama sürecine girdikten sonra, bazı mühendisler bu süreçten mahrum kalıyor ve nasıl başlayacaklarını bilmiyorlar. Bazı mühendisler veri kılavuzuna geri dönecek, kılavuzda verilen parametreleri doğrudan PCB'ye lehimleyecek, beklenen değeri karşılamıyorsa spektrum analizörü aracılığıyla güç çıkışını gözlemleyecek; kapasitans ve endüktansı ayarlayın, artırın veya azaltın ve ardından tekrar lehimleyin PCB'de, çıktı değeri beklentileri karşılayana kadar sürekli yineleyin.
Bu yöntem PCB kartına dağıtılmış parametrelerin empedansını bilemediğinden, yalnızca parametre hata ayıklamasını değiştirmek için sürekli olarak kaynak yapılabilir, bu da çok düşük verimlilikle sonuçlanır ve alıcı bağlantının empedans eşleşmesinde hata ayıklamak için uygun değildir.
4. Daha etkili bir hata ayıklama yöntemi var mı?
PCB üzerinde dağıtılmış parametrelerin empedansını bilebilirsek, gereksiz parametre girişimlerini azaltmak için Smith grafiği aracılığıyla kanıta dayalı empedans eşleştirmesi yapabiliriz. Dağıtılmış parametrelerin empedansını elde etmenin iki yolu vardır: Birincisi, modellemek ve simüle etmek için simülasyon yazılımını kullanın, ancak bir model oluşturmak için malzemeyi, boyutu, yapıyı ve diğer koşulları bilmeniz gerekir ve iş yükü doğrudan hata ayıklamadan daha az değildir; model oluşturulabilir olsa bile, nasıl sağlanır Doğruluğu da çalışmaya değer. İkinci olarak, doğrudan ölçüm için sezgisel ve doğru olan bir ağ analizörü kullanın. Aşağıda, karakteristik empedansın doğrudan ağ bölümü aracılığıyla nasıl elde edileceği açıklanmaktadır.
Aşağıdaki Şekil 3, bir çip modülü, bir radyo frekansı anahtarı ve bir antenden oluşan hata giderme ve eşleştirme devresinin bir referans diyagramıdır. Radyo frekansı anahtarının çıkışını 50 referans noktası olarak alın ve iletim hattından antene olan empedansı ve iletim hattından çip portuna olan empedansı ölçmek için bir ağ analizörü bağlayın. Eşleştirmeden sonra, bu noktadan itibaren anten yönünde 50 ve çipin yönünün de 50 olması umulmaktadır. Bunu 50 referans noktası olarak seçmenin iki ana nedeni vardır: Birincisi, anten ucuna alma ve iletme arasında yalnızca bir kez eşleştirilmesi gereken ortak bir bağlantıdır ve antenin empedans üzerindeki etkisi de dikkate alınır; sırasıyla çip ucuna Ayrı ayrı eşleştirilmesi gereken alıcı ve verici bağlantılardır; ikincisi, eşleşen devrelerin sayısı artmasına rağmen, bileşenlerin sayısı her seferinde azaltılarak karşılıklı etki azaltılır ve eşleştirme verimliliği artar.
Şekil 3 Hata ayıklama ve eşleştirme için referans diyagramı
Beş, dağıtılmış parametrelerin empedansını ölçün
Ölçümden önce ağ analiz cihazını kalibre edin. İlk olarak, PCB üzerindeki eşleşen ağ dışındaki tüm bileşenleri lehimleyin ve ardından empedans ağının toprak bileşenlerini ayırın ve seri bileşenlere Şekil 4'te gösterildiği gibi 0 dirençle kısa devre yapın. Lehim kısa devresi kullanmamaya çalışın, çünkü yüksek frekanslı devreler için lehim, ölçüm sonuçlarını etkileyen parazit etkilere eğilimlidir.
Şekil 4 Kaynak ve hata ayıklama cihazları
Anten eşleştirme ve hata ayıklama sırasında, çip ile bağlantının kesilmesi gerekir. Çip eşleştirme ve hata ayıklama sırasında, anten eşleştirme grubu ile bağlantının kesilmesi gerekir ve alıcı bağlantının eşleştirilmesi ve verici bağlantının eşleştirilmesi, anahtar aracılığıyla ayrı olarak hata ayıklanır.
İletim bağlantısının empedansını ölçmek için özel dikkat gereklidir.Genel olarak konuşursak, tasarımı tamamlamamıza yardımcı olmak için yalnızca statik veya küçük sinyal emisyon empedansını almamız gerekir, çünkü çip yayıldığında çip doğrusal amplifikasyon alanındadır. Empedans elde edildikten sonra cihaza ince ayar yapılabilir. En iyi çıkış gücünü elde edin. Ya çalışırken daha doğru bir çıkış empedansına ihtiyacınız varsa? Elbette, Şekil 5'te gösterildiği gibi daha fazla cihaz eklememizi gerektiren de mümkündür.
Şekil 5 S22, çipin fırlatılmasını ölçerken
Şekil 5'te test edilen amplifikatör, çipin güç amplifikatörüdür ve maksimum güç çıkışına girmesini sağlar; test sinyali kaynağı amplifikatöre bir ters giriş sinyali a2 sağlar; amplifikatör çıkışında üretilen yansıyan sinyal b2, yönlü kuplörden geçer. Alıcı algılar; b2'nin a2'ye oranı, amplifikatörün büyük sinyal S22 parametresidir. İki noktaya dikkat edilmesi gerekir: İlk olarak, büyük sinyallerin sinyal kaynağına zarar vermesini önlemek için test edilen çip ile test sinyali kaynağı arasına yönlü bir izolatör eklenmelidir; ikincisi, çip çıkış frekansı ve sinyal test frekansı farklı olmalıdır.
Belirli hata ayıklama adımları aşağıdaki gibidir:
1. Ağ analizörünü kalibre edin, panele bağlı RF kablosuna kalibre edin 2. Ağ analizörü aracılığıyla empedansı ölçün;
3. Smith grafiği ile empedans uyumu;
4. PCB'ye lehimlenecek uygun kapasitör ve endüktansı seçin;
5. Kablosuz çipin çıkışının ve girişinin gereksinimleri karşılayıp karşılamadığını ölçün.
Eşleştirme sürecinde, bileşenlerin seçimi genellikle aşağıdaki ilkeleri izler:
1. Topraklama kapasitansının değeri çok büyük olmamalıdır Kapasitans ne kadar büyükse, kapasitif reaktans o kadar küçük olur ve sinyal kolayca GND'ye akar.
2. Kapasitans ve endüktans değerleri çok küçük olmamalıdır, çünkü hatalar vardır, kapasitans ve endüktans ne kadar küçükse, hatanın etkisi o kadar büyük olur ve bu da partinin kararlılığını etkiler.
3. Malzemelerin değiştirilmesini ve tedarik edilmesini kolaylaştırmak için kapasitans ve endüktans için geleneksel değerleri seçin.
Empedans eşleştirme sürecinde, öncelikle veri sayfasının parametrelerini anlamalı ve devre topolojisi diyagramları, S parametreleri vb. Gibi yönlendirici devre tasarımına temel bulmalıyız; hata ayıklama sürecinde, gerçek devrenin empedansını ölçmek için bir ağ analizörü ve yardımcı olması için Smith grafiğini kullanmalıyız. Tasarımı tamamladık, son olarak kondansatör ve indüktör seçimi için önerilerde bulunduk. Umarım bu makale size empedans eşleştirmede biraz yardımcı olabilir.
