Доверяй, но проверяй. О неточностях и ошибках в даташитах (СВЧ компоненты)
дисклеймер: статья не имеет цели указать конкретные фирмы, где в даташитах есть ошибки, это случайные примеры, которые попались мне. Статья имеет цель рассказать про мой опыт; обратить внимание разработчиков на возможные неточности в даташитах
Введение
Я разрабатываю СВЧ устройства, часто они состоят из нескольких СВЧ блоков. В моём случае СВЧ блоки представляют собой покупные микросхемы в корпусе или в виде кристалла. Каждый новый для себя компонент я тестирую, для этого необходима тестовая (отладочная) плата.
-"Но в даташитах указаны параметры",- можете возразить вы. Но я всё равно делаю свои тестовые платы, потому что:
1) Не всегда производитель указывает условия измерения (например часто представлены измерения на зондах)
2) Почти всегда я собираюсь использовать другую СВЧ-подложку и другие коаксиальные разъёмы
3) У меня есть свой стандартный ряд размеров оснасток и плат, мне удобно, чтобы все платы были унифицированы
4) В даташитах встречаются ошибки
Документы к компонентам
Итак, когда у меня появляется задача протестировать компонент, сначала я ищу даташит в интернете. Проверяю паспортные параметры, подходят ли они для моей схемы (усиление, ослабление, токи потребления и т.п.), но сейчас не об этом. Допустим, компонент утверждён, как подходящий. Больше всего меня интересуют страницы с чертежом компонента (особенно если корпус нестандартный) + land pattern, схемой обвязки и видом тестовой платы EVB. Больше о EVB читайте в моей прошлой статье тут.
Кроме даташита полезную информацию можно найти в AN (Аpplication Note). Я настоятельно советую найти компонент именно на сайте фирмы-производителя (а не на сайте-магазине или alldatasheets), чтобы ознакомиться с дополнительными документами и AN. Я даже встречала видео о том, как правильно монтировать мощный СВЧ усилитель!
Несколько примеров
В этой подборке несколько различных примеров ошибок и неточностей, а также несколько моментов из моего опыта, которыми я бы хотела поделиться.
-Пример того, как мне однажды пришлось измерять компонент штангенциркулем
Была задача изготовить EVB для аналогового аттенюатора HVA-73+ фирмы MiniCircuits. В даташите есть чертеж компонента (outline drawing) и топология land pattern.
![Рис.1 Размеры компонента HVA-73+ и топология Рис.1 Размеры компонента HVA-73+ и топология](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/0db/60b/457/0db60b45708db35489231f341ccbb2ce.png)
Был заказан компонент, параллельно запущены платы в производство (что логично в целях экономии времени). Однако, когда началась сборка, выяснилось, что площадки компонента выглядят несколько иначе.
![Рис.2 Фотография полученной микросхемы аттенюатора
Рис.2 Фотография полученной микросхемы аттенюатора](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/58e/194/5a7/58e1945a73db5503657fc3d59af3f49d.png)
Верхняя часть не соответствуют чертежу производителя. Оказалось, что верхние площадки аттенюатора касаются земляного полигона на плате. На первой тестовой плате пришлось "скоблить" металлизацию, чтобы установить компонент. История закончилась тем, что я перерисовала плату в соответствии с настоящими площадками. На рисунке ниже слева - версия по даташиту, справа - новая.
![Рис.3 Топологии плат версия 1 (по даташиту) и версия 2 (после измерений) Рис.3 Топологии плат версия 1 (по даташиту) и версия 2 (после измерений)](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/91c/557/f66/91c557f66696e48e679f55a9d3bddd4f.png)
Кстати в своём Инстаграме я описывала основные шаги разработки EVB на примере именно этой микросхемы аттенюатора ссылка
-Пример того, почему иногда собственные изменения топологии только вредят
У меня была задача нарисовать EVB для циркулятора. В даташите предложена вот такая топология.
![Рис.4 Предложенная в даташите топология Рис.4 Предложенная в даташите топология](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/06a/d7b/ecc/06ad7becc1c685c623f769edfc95d2a3.png)
Я же, вследствие нехватки места в СВЧ-модуле (кстати, об этапах разработки СВЧ-модулей я писала статью), решила сделать выводы горизонтально, а не под 60 градусов. Оно не заработало.
![Рис.5 Первая итерация платы, которая не заработала Рис.5 Первая итерация платы, которая не заработала](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2d4/6c7/40b/2d46c740bd8c61995b7c95beea1e11b6.png)
-Странный пример
В статье американской фирмы SWMW были рассмотрены разные топологии заземлённых копланарных линий. При этом разными были не только зазоры и ширина полоска, но и металлизированные отверстия, формирующие виртуальные стенки (диаметр и шаг).
![Рис.6 Странные вычисления в статье SWMW Рис.6 Странные вычисления в статье SWMW](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/0ea/990/c8b/0ea990c8bdcf95532fdb3b455bfc9cdc.png)
Я так и не смогла понять, зачем автор сначала задал диаметр и шаг отверстий, а потом стал по формулам высчитывать расстояние между краями отверстий.
-Пример избыточности требований
У меня часто складывается ощущение, что тестовые платы разрабатываются высококвалифицированными инженерами, а вот их описание в даташитах или AN достаётся первогодкам или даже студентам.
Например, я хотела использовать СВЧ усилитель фирмы Triquint. В даташите есть картинка EVB и схема. В даташите указан материал платы.
PCB Material: 0.0147” Rogers Ultralam 2000, single layer, 1 oz Cu, εr = 2.45 Microstrip line details: width = .042”, spacing = .050”.
![Рис.7 Топология и схема обвязки для усилителя Avago из даташита Рис.7 Топология и схема обвязки для усилителя Avago из даташита](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f18/17b/512/f1817b51294a37788f7b328fff464a4f.png)
п.2 Мне так и не ясно, почему обязательно 47 пФ. С другими тоже хорошо работает. п.3 Почему? ведь там же явно специально сделан ряд металлизированных отверстий для настройки. Это скорее рекомендация, чем требование. А вот насчет моей красной галочки справа (рядом с отрезком ЛП длиной 525 mil и шириной 20 mil) нужно сначала заглянуть в AN на этот усилитель.
В AN предложен пример балансной схемы (это когда два усилителя ставят параллельно, а мощность сначала делится, а потом суммируется с помощью гибридных мостов).
![Рис.8 Схема усилителя из AN Рис.8 Схема усилителя из AN](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/083/eb3/fdf/083eb3fdf1c74f76ab1f72d9c517a347.png)
Красной галочкой я отметила то же место; указано, что длина и ширина должны быть 525 mil и 20 mil. Но материал указан другой!
Circuit Board Material: Top RF Layer is .014” Getek, Er = 4, total thickness = .021” 1oz Cu, Microstrip line details: width = .042”, spacing = .05”
Также можно заметить, что обвязка (фильтрующие цепи) отличается в схемах их даташита и балансной схеме. К тому же мы заменили C8 номиналом 4,7мкФ с рис.7 на 1нФ из-за проблем с работой в импульсном режиме (возникал выброс).
Про цепи фильтрации усилителей я писала в этой статье.
-Ещё пример, что стоит самому думать о фильтрующих компонентах
В даташите на микросхему bias-tee TСBТ-123+ предложен конденсатор 0,01мкФ в качестве фильтрующего. К сожалению так оно работало плохо (возникал резонанс на АЧХ). Конденсатор был заменён на 560пФ.
![Рис.9 Схема к TCBT-123+ Рис.9 Схема к TCBT-123+](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/989/ea9/016/989ea9016b6b1dea270293bccb5d59a7.png)
-Пример того, почему обязательно стоит смотреть AN
Даташит на усилитель мощности Ampleon BLS2731-120.
![Рис.10 п.8 Даташита BLS2731-120 Рис.10 п.8 Даташита BLS2731-120](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2bb/0f6/c34/2bb0f6c343095cc9280eef6e160b58f1.png)
Конденсаторы С5 и С11 рекомендованы как конденсаторы 1нФ фирмы ATC серии 100a. Но в серии 100а нет такого номинала! А вот в AN серия указана верно.
![Рис. 11 п.3 AN BLS2731-120 Рис. 11 п.3 AN BLS2731-120](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/600/3f4/4b5/6003f44b54b53f401e35116381e50736.png)
Я-то знаю серии конденсаторов АТС, так как часто их использую, и знаю, что 700а - серия, аналогичная 100а (90± 20), только с уменьшенным температурным коэффициентом (0± 30). Но всё же ошибка имеет место быть.
Кстати, на рис.11 неправильно поставлен маркер танталового конденсатора. Взорвётся ведь, будет неприятно.
Ну, а главное, почему стоит обязательно читать все документы от производителя - если собрать усилитель с предложенными платами, выходная мощность будет около 80Вт. А если заглянуть в AN, можно увидеть, какие из подстроечных квадратиков сотрудники Амплеона закоротили, чтобы получить 120Вт на выходе. (Смотрите на черные квадраты на согласующих цепях на рисунке 11)
-Пример мелкой, но всё же ошибки в даташите
Как я писала в прошлых статьях, хорошим тоном является сделать дополнительный полосок "на проход" для калибровки потерь и проверки качества перехода разъём-полосок. Иногда, если на сигнальный полосок в схеме подаётся питание, то такую же схему питания делают и на этом калибровочном полоске (или ставят разделительные конденсаторы, как в схеме).
На рисунке 12 схема обвязки СВЧ ключа Macom и список компонентов.
![Рис.12 а Схема Рис.12 а Схема](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a7a/142/330/a7a1423306fdcf94fe39aa8b0cc78e15.png)
![Рис.12 б список компонентов Рис.12 б список компонентов](https://webcf.waybackmachine.org/web/20210920181715/https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/09d/fd2/a13/09dfd2a1398da00fff9e5b2fa0100a4c.png)
Калибровочный полосок обозначен как reference path и должен повторять путь от входа на один из выходов. Другими словами, пусть от J3 до J4 должен повторять путь от J1 до J0. Ошибка закралась в номинале конденсатора С14, он должен быть таким же, как С5.
Заключение
В этой статье я постаралась сфокусироваться не на ошибках, а на рекомендациях разработчику; на что стоит обратить внимание при проектировании тестовой платы. Ведь итоговая топология на общей плате модуля будет повторять топологию тестовой.
Спасибо за внимание! Читайте мои прошлые статьи и подписывайтесь на мой Инстаграм.