Копланарная или полосковая? Опции

[Vend]

Добрый день. Предлагаю обсудить достоинства и недостатки копланарной и микрополосковой линий передач и цепей согласования, построенных на них. Натолкнуло на такую мысль то, что пракически во всех экземплах программ по моделированию рассматриваются полосковые лини, в то время как в практике сталкивался с копланарными (в усилителях мощности едениц Ггц)

[EUrry]

Например, одно из достоинств копланарных волноводов - удобство монтажа, т. к. оба проводника находятся на одной поверхности подложки.

[Vend]

Например, одно из достоинств копланарных волноводов - удобство монтажа, т. к. оба проводника находятся на одной поверхности подложки.

А влияет как-то на свойства копланарной линии наличие или отсутствие земляного слоя (на другой стороне платы)?

[EUrry]

А влияет как-то на свойства копланарной линии наличие или отсутствие земляного слоя (на другой стороне платы)?

Вообще, конечно, влияет, но в книге (Ганстон М.А.Р. - Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ) описана только линия без земляного слоя. Вообще полезная книга и некоторые достоинства с недостатками линий там также даны. Другие источники не смотрел, не до этого пока. Время будет посмотрю.

[serega_sh____]

Мое мнение:
1. модели полосковых линий на сегодняшний момент созданы более точно, и разнообразной конфигурации в отличии от компланарных (это мое мнение). Потому что их можно сделать любой формы при помощи регулировочных элементов из индия.
2. При разовых (экспериментальных) проектах требуется регулировка и подгонка формы проводников, и место для творчества. Что полосковая линия даст сделать.
3. Экранирование. Очень часто необходимо выполнить узел с минимальным количеством паразитых излучений или максимально изолировать её от других цепей схемы. И иногда полосковую линию окружают земляным проводником, напоминающим компланарную линию.
4. В компланарную линию очень просто установить регулировочный конденсатор или резистор.


Кстати я начинаю задумываться "человечество увлеклось созданием моделей: модель движений человека, электромагнитная модель головы для создания антенны у телефона, модель компланарной линии, модель космического мира, модель поведения толпы в станции метро, и т.д." А ведь при создании модели мы делаем некоторые упущения или допуски. Не приведет ли это однажды к застою развития науки из-за очень большого количества таких упущений. А еще модели становятся все сложнее и человек уже не может знать всех тонкостей при расстановке коэфициентов этой модели и он может ошибаться, там где ему кажется все отлажено годами.
Как определить золотую середину между моделью и экспериментом?

[oleg_uzh]

Микрополосковая линия передачи на мой взгляд проще, потому что с ней работаю. :-) А на ГГц вообще то большинство отечественных усилков то как раз таки на МЛП. Еще на мой взгляд, применение той или иной ПЛ зависит от того какой технологией обладает предприятие (поликор к примеру физически не прошить земляными отвестиями малого диаметра), ну и конечно от поставленных задач.

[Alex_IC]

Преимущество компланарной линии в близости "земляного" проводника к сигнальному. Это позволяет эффективно заземлять шлейфы, пассивные, активные элементы. В мощных СВЧ усилителях особенно критичной является индуктивность по цепи заземления, а применение компланарной линии позволяет ее значительно снизить. Наличие земляного слоя на другой стороне платы в компланарной линии конечно влияет. Это влияние легко учесть например в калькуляторе TXLINE.

[oleg_uzh]

[quote name='Alex_IC' date='Aug 16 2009, 19:45' post='635878']
<Преимущество компланарной линии в близости "земляного" проводника к сигнальному.
Никакого, в добавок это приводит к небольшому увеличениию потерь по СВЧ тракту, а когда мощность большая, то каждый дБ на счету.
Делаем и на поликоре и на прошитом Rogerse, разницы до сих пор существенной не почувствовал.

<В мощных СВЧ усилителях особенно критичной является индуктивность по цепи заземления
Это, что за цепь ? Критичными моментами являются обеспечения хорошей земли для активного элемента (то есть установка АЭ в корпус), расстояние между МПЛ и началом вывода АЭ в корпусе в виду технологического разброса геометрических размеров как самого АЭ, так и изготовленого корпуса.

[sp1noza]

У копланаров есть еще несколько преимуществ (по сравнению с микрополосками):
-меньшая э/м связь между соседними линиями;
-меньшая зависимость параметров линии от частоты(дисперсия), поэтому им чаще отдают предпочтение на высоких частотах;
-удобство при проектировании (где захотел там и заземлил);
-у копланарной земли меньшие паразиты.

К сожалению, большинство разработчиков CAD программ не шибко жалуют копланары, и это их самый главный недостаток.

[Alex_IC]

Некоторые соображения о преимуществах и недостатках компланарной и микрополосковой линии здесь. Конечно нельзя сказать однозначно, что микрополосковая линия хуже чем компланарная или лучше. Каждый раз это определяется конкретным применением (тип материала, способ подключения и т.д.). Советую рассмотреть какой нибудь детальный пример и обсудить его, тогда все будет по честному.

[VCO]

Конечно нельзя сказать однозначно, что микрополосковая линия хуже чем компланарная или лучше. Каждый раз это определяется конкретным применением (тип материала, способ подключения и т.д.). Советую рассмотреть какой нибудь детальный пример и обсудить его, тогда все будет по честному.

Давайте рассмотрим ещё экономические и практические преимущества и недостатки применения тех и других линий в синтезаторах частоты:
1. Для FR4 копланарную линию проще реализовать на толстой ДПП (1-1,6мм) или толстой МПП (от 1,6мм), в то время как полосковая линия - это либо тонкая ДПП до 0,5мм, либо МПП не более 1,5мм.
2. В копланарную линию легче врубить магистральный усилок, например ERA, если не хватило уровня. Микрополосок в этом плане отдыхает.
3. В копланарной линии легче смонтировать дополнительные цепи фильтрации. Микрополосок .
4. Копланар более пригоден для SMA-SMC, монтируемых на плату, а не на корпус.
5. Копланар требует более высокий класс точности изготовления ПП, чем микрополосок.
6. Копланарная линия больше чем полосковая подходит для подвода СВЧ в МПП к микросхемам ФАПЧ, имеющих pad 0,2-0,25 мм.
Подытожу, пока 5:1 в пользу копланара (или компланара, не знаю как правильно? ). Но всё это ИМХО, хотелось бы услышать мнение более опытных спецов.

[Alex_IC]

To YIG
И этот список можно пополнять до бесконечности, в зависимости от того сколько различных ситуаций приходилось встречать разработчику. В то время как рассмотрение преимуществ и недостатков в конкретном случае позволит определиться в выборе, а не толочь воду в ступе.

[VCO]

И этот список можно пополнять до бесконечности, в зависимости от того сколько различных ситуаций приходилось встречать разработчику. В то время как рассмотрение преимуществ и недостатков в конкретном случае позволит определиться в выборе, а не толочь воду в ступе.

Но для перехода к какому-то конкретному случаю нужно знать какие-то общие методы и принципы конструирования СВЧ-устройств, в т.ч. на этапе макетирования будущего шедевра. Ведь такое радио на макетке не слепишь, да и навесные ляпухи не прокатят, а постоянно перерисовывать платы тоже не лучшее решение. Вот такой конкретный случай я и зацепил, сам с этого начинал и другим советую. Между прочим, большая часть Evaluation Boards AD до 6 ГГц делается копланарами, выше - микрополосками. Чем не конкретный пример?

Чтобы слова не расходились с делом,
Нужно молчать и ничего не делать!

[Alex_IC]

Если следовать вашей логике, то надо рассмотреть абстрактные преимущества и недостатки линий и раз и навсегда выбрать один из типов линий и применять только ее???!!!

Разработка СВЧ устройств не ограничивается только лишь печатными платами на FR4 или роджерсе! На полупроводниковой подложке одни преимущества и недостатки, на LTCC другие и т.д. И общих рекомендаций не сделать.

"Между прочим, большая часть Evaluation Boards AD до 6 ГГц делается копланарами, выше - микрополосками. Чем не конкретный пример?"

И чем это не доказательство, того что надо рассматривать конкретный случай? Нельзя сказать, например, что для СВЧ усилителей надо применять только компланарную линию или только микрополосковую - зависит от частотного диапазона.

Получается, что вам попадались по большей части устройства в которых выгодно применять компланарную линию и вы теперь агитируете за нее. Найдется разработчик которому попадались по большей части устройства с более выгодным применением микрополосковой линии он начнет агитировать за микрополосок! И что же, чем больше тех или других окажется, тем и определятся преимущества и недостатки? Объективнее судить надо.

Например, есть согласованный широкополосный усилитель, который имеет коэффициент усиления более 12 дБ в полосе от 100 МГц до 3 ГГц при установке в корпусе на стандартном FR4. Для измерения параметров самого кристалла был установлен на поликоровую плату с непосредственной разваркой выводов на дорожки. Ввиду отсутствия возможности формировать сквозные переходные отверстия от компланарной экранированной линии отказались в пользу микрополосковой. В такой реализации усилитель оказался неустойчив. Фото платы привожу в аттаче. Были попытки улучшить соединение с землей, путем добавления медных перемычек между верхним и нижним слоем земли, но результат остался тем же. Может здесь стоило применить компланарную линию без экрана снизу...? Критика и замечания приветствуются

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VCO]

Если следовать вашей логике, то надо рассмотреть абстрактные преимущества и недостатки линий и раз и навсегда выбрать один из типов линий и применять только ее???!!!
...
Получается, что вам попадались по большей части устройства в которых выгодно применять компланарную линию и вы теперь агитируете за нее. Найдется разработчик которому попадались по большей части устройства с более выгодным применением микрополосковой линии он начнет агитировать за микрополосок! И что же, чем больше тех или других окажется, тем и определятся преимущества и недостатки? Объективнее судить надо.

Неужели из моего последнего сообщения это читается? Тогда - pardon. Буду оттачивать искусство изложения своих мыслей!!! Я лишь хотел показать Vendу одну из ситуаций, где копланар рулит! Один из многих-многих случаев, в других случаях - другой победитель!!! Ведь есть же ещё и щелевые и мн. др. волноводов.
На частотах от 10 ГГц и выше копланарные линии совсем не приветствуются, т.к. малейшие загрязнения поверхности или утечки в изоляции платы могут привести к полной неработспособности СВЧ-устройства.

Например, есть согласованный широкополосный усилитель, который имеет коэффициент усиления более 12 дБ в полосе от 100 МГц до 3 ГГц при установке в корпусе на стандартном FR4. Для измерения параметров самого кристалла был установлен на поликоровую плату с непосредственной разваркой выводов на дорожки. Ввиду отсутствия возможности формировать сквозные переходные отверстия от компланарной экранированной линии отказались в пользу микрополосковой. В такой реализации усилитель оказался неустойчив. Фото платы привожу в аттаче. Были попытки улучшить соединение с землей, путем добавления медных перемычек между верхним и нижним слоем земли, но результат остался тем же. Может здесь стоило применить компланарную линию без экрана снизу...? Критика и замечания приветствуются

Собственно говоря, усилители - один из наших коньков. О каком кристалле ведётся речь и какую топологию рекомендуют производители?

Сообщение отредактировал YIG - Aug 22 2009, 09:08

[Alex_IC]

Неужели из моего последнего сообщения это читается? Тогда - pardon.

Ну раз не читается так, значит хорошо.

Кристалл наша разработка, а какую топологию рекомендовать пока выбираем На FR4 что компланар, что микрополосок до 5 ГГц никаких отличий для этого кристалла в корпусе нет. На поликоре выше сказано, что получается.

Собственно говоря, усилители - один из наших коньков.

Подскажите, пожалуйста, какую линию в данном случае лучше применить? Какие есть предположения о причинах неустойчивой работы кристалла в такой топологии платы?

Есть предположение, что причиной является отсутствие переходных отверстий, замыкающих верхний и нижний земляные слои. Получается, нечто похожее на колебательный контур...

[VCO]

Кристалл наша разработка, а какую топологию рекомендовать пока выбираем На FR4 что компланар, что микрополосок до 5 ГГц никаких отличий для этого кристалла в корпусе нет. На поликоре выше сказано, что получается.

Своих кристаллов, естественно, не делаем, и не собираемся, т.к. работаем от 3 до 40 ГГц. Но развариваем голые кристаллы на Duroid и Rogers. В основном - на полосковые линии, если выше 6-8 ГГц. На копланарные линии усилители в корпусах монтируем только в синтезаторах до 6 ГГц, по аналогии с AD. До 6 ГГц пока проблемы были только с Gali и Era, и то поначалу, когда в нарушение даташитов запитывали их от +5В через низкоомные резисторы (давно это было). Теперь пришли к тому, что ставим стабилизатор тока в цепь питания усилителя, т.о. решая две проблемы:
1. Согласно рекомендуемым производителями схемам включения многие усилители, прежде всего Mini-Circuits, нужно питать от 8 и более вольт, сжигая впустую энергию, ведь из стандартных напряжений ближайшее - +12В. С помощью стабилизатора тока удалось запитать от +5В, при этом не снижая усиления.
2. Стабилизация тока дала лучшую стабильность работы усилителя в температуре и времени. Рекомендую попробовать для вашего кристалла!

Подскажите, пожалуйста, какую линию в данном случае лучше применить? Какие есть предположения о причинах неустойчивой работы кристалла в такой топологии платы?

Есть предположение, что причиной является отсутствие переходных отверстий, замыкающих верхний и нижний земляные слои. Получается, нечто похожее на колебательный контур...

Так и есть, но обычно это сказывается на более высоких частотах, хотя на 2-3 ГГц тоже может проявиться. Вообще-то, применение поликора в данном случае трудно обосновать (разве что, широченным диапазоном температур). В диапазоне до 3 ГГц смело можно применить копланарную линию на FR4, а для снятия характеристик кристаллла - на Rоgers. Встречный вопрос - как же всё таки правильно копланар или компланар, в ABBYY Lingvo - мой вариант? На представленной фотографии разглядеть чётко что-либо невозможно (не в фокусе), но бросается в глаза, что усилитель запитан очень маленьким дросселем. Такие редко имеют хорошую добротность, а, несмотря на УВЧовые частоты, диапазон рабочих частот кристалла достаточно широк. Для примера, посмотрите какими дросселями запитывают свои широкополосные усилители Gali и Era Mini-Circuits.
Вообще, всё самое интересное в усилителях начинается с 10 ГГц, но с этим работают мои коллеги...

[Alex_IC]

У нас повелось называть их компланарными, а встречается в литературе и то и другое

Дроссель стоит Murata серии LQW 220 нГн. Резонансная частота у него вроде не менее 1,2 ГГц.

Надо будет попробовать дроссели Mini-Circuits, может чего лучше получится.., спасибо.

Так удобнее может будет, если этот стабилизатор тока на кристалле будет? Или бывают случаи когда напряжения питания небольшое и лишнее падение напряжения на стабилизаторе недопустимо?

[ledum]

To Alex_IC. Наличие технологии с поликором говорит о готовности идти на повышенные затраты - так почему бы не усложнить корпус или субоснование - т.е. при выфрезеровке сделать пьедестал на основании, а плату разделить на две платы - входную и выходную, между которыми находится пьедестал с кристаллом (или просто маленькое субоснование с кристаллом)? Сразу и земля и теплоотвод. А с Роджерсом, FR4 или Нелтеком работать с металлизироваными отверстиями. А чем Ваш чип лучше тех же копеечных SBB4089 (SBA4089) или ECG008? Или планируется включение в МОП 44 001? Какой класс ESD protection? - от очень многих хороших усилков приходится отказываться от того, что вылетают от одного взгляда (в смысле мы так и не поняли почему - часто это было с MGA-шками).

Сообщение отредактировал ledum - Aug 23 2009, 13:30

[Alex_IC]

To ledum.

Наличие технологии с поликором говорит о готовности идти на повышенные затраты - так почему бы не усложнить корпус или субоснование - т.е. при выфрезеровке сделать пьедестал на основании, а плату разделить на две платы - входную и выходную, между корыми находится пьедестал с кристаллом (или просто маленькое субоснование с кристаллом)? Сразу и земля и теплоотвод.

Тогда наверно проще взять Роджерс и определить параметры кристалла на нем, быстро и просто.

Усилитель сделан в стандартном кремниевом техпроцессе, поэтому есть возможность сделать его копеечным. Защиты по ESD нет, но при установке и испытаниях пока не вылетали. На счет включения в МОП 44 001 незнаю пока.

[VCO]

Так удобнее может будет, если этот стабилизатор тока на кристалле будет? Или бывают случаи когда напряжения питания небольшое и лишнее падение напряжения на стабилизаторе недопустимо?

Почему-то буржуи не защищают свои кристаллы никак, за исключением разве-что MA-COMов, которых вроде Tyco слопали. Я думаю, что это скорее всего связано с тем, что они предоставляют возможность устанавливать режим работы усилителя потребителю. А если те будут ещё и ошибаться в серии и жечь их, так им от этого тока лучше! Да и размещение силовой части на кристалле, думаю, довольно проблеммная вещь. Ведь я ещё недоговорил, что мы также как-бы научились программировать коэффициент усиления и выходную мощность с помощью стабилизатора тока, чего на кристалле точно не сделать.

[Alex_IC]

Ведь я ещё недоговорил, что мы также как-бы научились программировать коэффициент усиления и выходную мощность с помощью стабилизатора тока, чего на кристалле точно не сделать.

Почему не сделать..? "Программирование" ведь заключается в изменени величины тока стабилизатора? Можно ведь сделать дополнительный вывод для регулировки величины тока стабилизатора.

[EUrry]

Встречный вопрос - как же всё таки правильно копланар или компланар, в ABBYY Lingvo - мой вариант?

Тоже мучал такой вопрос, решил разобраться. Вот, например, здесь компланарность, в приаттаченном рисунке из справочника по математике так же. В первом случае корни ведут к латыне. В Lingvo же и так и так есть - complanar и coplanar. Причем первый вариант относится к векторам (математика как-никак с латынью крепко повязана), а второй вариант - к электронике, инженерии, т. е. к довольно молодым отраслям. Сдается мне, что опять ленивые на длинные слова американцы упростили себе жизнь, убрав "лишнюю" букву.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VCO]

Почему не сделать..? "Программирование" ведь заключается в изменени величины тока стабилизатора? Можно ведь сделать дополнительный вывод для регулировки величины тока стабилизатора.

Да, я забыл, что ваш кристалл до 3 ГГц, в вашем случае технология стабилизаторов на КМОП близка к технологии усилителей на полевых транзисторах JFET или MOSFET, ИМХО. Я то всё об СВЧ думаю (Арсенид галия, кремний на сапфире или что там ещё новенького? А-а-а, нанотехнологии!!!). Но также думаю, что стоит сначала попробовать, как стабилизация и регулирование тока скажутся на вашем кристалле. По моим наблюдениям, какой-то общей тенденции в усилителях УВЧ не наблюдается, кроме того, многие схемотехники берут голые полевые транзисторы и лепят на них очень неслабые усилки. Если ваш кристалл обеспечит гибкость, и при этом надёжность, то потребители это оценят (я - не исключение) . Думаю, что диапазон изменения тока нужно ограничить.

Сообщение отредактировал YIG - Aug 24 2009, 20:11

[Dunadan]

На частотах от 10 ГГц и выше копланарные линии совсем не приветствуются, т.к. малейшие загрязнения поверхности или утечки в изоляции платы могут привести к полной неработспособности СВЧ-устройства.

Здесь вынужден с Вами не согласиться, так как на работе имею дело с копланарами на бОльших частотах, техника специального назначения, требования жесткие, и загрязнения поверхности не приводят к неработоспособности устройства.



Сообщение отредактировал Dunadan - Sep 12 2011, 21:37