Pięć kwestii do rozważenia przy wyborze koncentrycznych złączy RF

© Spinner

Technologie RF/mikrofalowe są coraz częściej wykorzystywane w aplikacjach szybkiego, cyfrowego transferu danych, a technologia połączenia złączy i kabli staje się coraz bardziej złożona. W następnej generacji technologii bezprzewodowej wyższa szybkość transmisji danych i związana z tym konieczność wysokiej integralności sygnału będą wymagały wyższej wydajności złącz RF. Aby sprostać potrzebom wysokiej częstotliwości i wydajności, projektowanie i produkcja złączy RF stale się rozwija. Projektanci najnowszych układów RF powinni zwrócić szczególną uwagę na pięć czynników.

1. Chroń wysoką integralność sygnału

Integralność sygnału sprowadza się do zapewnienia, że wszystkie złącza i kable przenoszą nienaruszony sygnał. Wahania napięcia zasilania i uziemienia oraz przesłuchy między kablami wprowadzają szum, który może poważnie wpłynąć na działanie i transmisję danych. Złącze RF do szybkich aplikacji cyfrowych wymaga więc wysokiego poziomu izolacji i ochrony przed wszelkimi zakłóceniami elektromagnetycznymi w celu ochrony integralności sygnału. Konstrukcja złącza, w tym zastosowany materiał bazowy i typ poszycia, jest głównym czynnikiem zapewniającym niski poziom zakłóceń.

2. Zminimalizuj straty odbiciowe

W zespołach kabli i złączach (a także w przypadku ścieżek PCB) strukturalne straty odbiciowe mogą wystąpić z powodu niedoskonałości produkcyjnych lub błędów projektowych. Dostatecznie szybkie dostrzeżenie wad konstrukcyjnych, które mogą powodować strukturalne straty odbiciowe, może zapewnić, że system połączeń będzie działał zgodnie z projektem, a sygnały nie będą degradowane podczas przechodzenia przez złącze. Przewodnik, który ma pewną niejednorodność, będzie charakteryzował się również pewnymi zmianami impedancji. Powoduje to powstawanie odbić wzdłuż długości przewodnika, a wielkość tych odbić można opisać w kategoriach strat odbiciowych. Ten rodzaj straty odbiciowej nazywany jest strukturalną stratą zwrotu. Podczas obliczania strukturalnych strat odbiciowych wariancje  impedancji na całej długości przewodu są porównywane z impedancją znamionową (lub pożądaną) przewodu.

Strukturalne straty odbiciowe są powszechnym problemem w źle wyprodukowanych kablach koncentrycznych, gdzie zmiany impedancji na całej długości kabla powodują odbicia sygnału fali przemieszczającej się wzdłuż kabla. Te zmiany impedancji mogą wynikać ze zmian grubości przewodnika, odstępów między ekranami lub obu tych czynników jednocześnie. Dlatego też, aby uniknąć strukturalnych strat odbiciowych szczególnie ważne jest, aby używać tylko wysokiej jakości kabli.

3. Projekty układów ograniczające impedancję

Na płytce drukowanej wiele niedociągnięć projektu może dać ten sam efekt. Takie czynniki jak różnice w geometrii ścieżek, spowodowane dostrajaniem ich długości, przelotki wzdłuż połączeń czy też niespójne ścieżki zwrotne lub odstępy między ścieżkami, spowodowane wypaczeniami, tworzą nieciągłości impedancji wzdłuż długości linii transmisyjnej. Jeśli złącze nie jest prawidłowo zaprojektowane, ze względu na nieciągłości impedancji, sygnały użyteczne odbijają się z powrotem do źródła.

Ogólnie rzecz biorąc, nieciągłości impedancji i strukturalne straty odbiciowe wystąpią, jeśli ścieżki sygnału nie zostaną odpowiednio zaprojektowane. Nieciągłości impedancji mogą być podzielone na pojemnościowe lub indukcyjne, w zależności od zmian geometrycznych wzdłuż przewodnika, powodując większe strukturalne straty odbiciowe w określonych zakresach częstotliwości.

4. Wysokiej jakości złącza RF

Aby skuteczniej zwalczać strukturalne straty powrotne i kontynuować niezniekształconą ścieżkę sygnału, wymagane są wysokiej jakości koncentryczne złącza RF. Źle zaprojektowane złącze spowoduje opisane wyżej problemy z ciągłością ścieżki sygnału, będące źródłem wzrostu strat odbiciowych.

Dobrze zaprojektowane złącze koncentryczne RF, wykonane z odpowiednich dla aplikacji materiałów, zapewni nieprzerwaną ścieżkę sygnału od pierwszego złącza, przez płytkę drukowaną i kabel, do ostatniego złącza i dalej, do następnego urządzenia. Przejście od dielektryka powietrza do substratu PCB może stwarzać problemy, których nie można później naprawić poprzez przeprojektowanie płytki i należy je złagodzić na samym początku procesu projektowania złącza.

5. Przejście na PCB

Teraz, gdy sygnał dotarł do płytki, kluczowe znaczenie ma nieprzerwane przejście na linię transmisyjną. Na tym etapie kluczowa jest ścisła współpraca z producentem płytki.

W przypadku aplikacji o szybkim przesyle danych, najczęściej używane interfejsy to MCX, MMCX i SMA. Te subminiaturowe typy złączy oferują precyzyjną konstrukcję, wysoką częstotliwość i dobrą integralność sygnału. Ich niewielkie rozmiary i duża liczba modeli oznaczają, że można je stosować w większości  aplikacji high-speed, a na niewielkiej przestrzeni można zainstalować nawet dużą liczbę złączy. Konieczne jest zmniejszenie opóźnienia między poszczególnymi, równoległymi sygnałami cyfrowymi, co wymaga ściśle dopasowanych długości linii transmisyjnych.

Również rezonans zwykle wpływa na straty odbiciowe i przesłuchy i również musi być minimalizowany. W złączach osiąga się to poprzez staranne zaprojektowanie długości powierzchni styków i tym samym zapewnienie skutecznej ścieżki powrotnej z niskimi stratami.

Artykuł powstał na bazie informacji udostępnianych przez COAX Connectors