Projektowanie

Sposoby na sprawdzenie integralności sygnału w obwodzie

Artykuł omawia trzy urządzenia, które pomagają zaoszczędzić czas i pieniądze w procesie sprawdzania integralności sygnału: wielogniazdowe przewody testowe, przełączniki RF oraz stary, dobry filtr RC.

Jak w przypadku każdej specjalności, inżynierowie zajmujący się integralnością sygnału korzystają z niszowych narzędzi. O narzędziach do sprawdzania integralności sygnału często myśli się jako o przeglądarkach parametru S, solverach elektromagnetycznych 3D lub sprzęcie pomiarowym. Te narzędzia mają jedną wspólną cechę: służą do analizy. A co z urządzeniami, które inżynierowie ds. integralności sygnału wdrażają, żeby ułatwić sobie życie? W tym artykule omówię trzy urządzenia, które pomagają zaoszczędzić czas i pieniądze: wielogniazdowe przewody testowe, przełączniki RF oraz stary, dobry filtr RC.

Wielogniazdowe przewody RF

Współczesne normy bardzo szybkiej transmisji szeregowej wskazują nam, jak uzyskać kanały 56 Gb/s. Aby właściwie ocenić te kanały, musimy mierzyć wydajność kanału do co najmniej 28 GHz. Przy tej częstotliwości używamy złączy koncentrycznych 2,92 mm. Pionowe złącza kompresyjne, które są najbardziej popularną wersją od ponad dekady, są drogie, a wtyk kompresyjny tych złączy wsuwa się w korpus złącza podczas podłączania. Po odłączeniu złącza i przyłączeniu go do innej płytki prawdopodobieństwo, że będzie ono działać, wynosi 50%. Typowy osprzęt do testowania integralności sygnału ma 32 takie złącza, a my, inżynierowie ds. integralności sygnału, używamy mnóstwo osprzętu do testowania! Koszty szybko się piętrzą i mogą być porażające. 

Multiple rendered images of Samtec BullsEye BE70 connector systems capable of 70GHz of bandwidth. Image courtesy of Samtec, Inc.

Złącze BullsEye BE70 firmy o paśmie 70 GHz zapewnia zachowanie integralności w obwodzie © Samtec

Na szczęście postęp w technologii montażu kompresyjnego wyeliminował ten problem, ponieważ istnieją zespoły przewodów wielokrotnego użytku, które działają tak jak złącza koncentryczne montowane w pionie. Koszt początkowej inwestycji w takie zespoły jest wysoki; jednak w ciągu roku takie zespoły mogą zaoszczędzić firmie setki tysięcy dolarów, jakie wydano by na złącza koncentryczne. Te zespoły przewodów mają od 8 do 32 połączeń, co oznacza, że można je wykorzystać do podłączenia wektorowego analizatora sieci VNA, który ma od 8 do 32 gniazd, podłączając tylko jedno złącze na test. Ponadto gęstość sygnału jest znacznie większa niż ta, jaką można uzyskać, stosując złącza koncentryczne, a to umożliwia tworzenie układów o mniejszych stratach, które można testować metodą de-embedded przy wyższych częstotliwościach. 

Mam dwa przykłady takich produktów, w których zastosowano technologię mocowania kompresyjnego. Pierwszym jest złącze BullsEye firmy Samtec, a drugim Terminate-r firmy Ardent Concepts.

Szerokopasmowe przełączniki RF

Zastosowanie przełączników RF pozwala przyspieszyć testowanie, zaoszczędzić miejsce na płytce PCB lub zaoszczędzić pieniądze dzięki zmniejszeniu liczby złączy koncentrycznych. Istnieją dwa główne typy przełączników szerokopasmowych.

  • Półprzewodnikowe
  • Elektromechaniczne

Przełączniki elektromechaniczne mogą mieć rozmaite szerokości pasma i liczbę gniazd. Zakres szerokości pasm rozciąga się od 1 GHz do 67 GHz, a ich rozmiar może być tak duży jak np. jednobiegunowy 12-pozycyjny przełącznik obrotowy SP12T. Bieguny to liczba wspólnych węzłów między gniazdami, a liczba pozycji określa liczbę dostępnych połączeń. To oznacza, że podłączając bieguny czterech przełączników SP12T do każdego gniazda analizatora VNA z czterema gniazdami, można wykonać 48 pomiarów bez zmieniania połączeń!

To bardzo wydajna metoda, ale muszę o czymś ostrzec, zanim pobiegniecie kupić zestaw czterech takich przełączników. 

1. Nie wszystkie przełączniki są sobie równe.

Są dwie klasy takich przełączników:

  • Standardowe
  • O wysokiej powtarzalności

Standardowe przełączniki sprawdzają się doskonale, gdy nie trzeba się martwić o fazę. Mogą one zdziałać cuda w urządzeniach SerDes, antenach lub urządzeniach z dwoma gniazdami. Przełączniki o wysokiej powtarzalności są potrzebne w przypadku pomiarów wielotrybowych. Faza nie zmienia się pomiędzy położeniami, co skutkuje spójnością pomiarów i daje niezawodne rezultaty przy zmianie trybów. 

2. Potrzebny jest pewien montaż.

Przełączniki RF to zazwyczaj puszki i nie wyglądają świetnie, leżąc po prostu na stole laboratoryjnym. W praktyce najlepiej używa się ich, gdy są przymocowane do podstawy lub stojaka. Projektowanie urządzenia mocującego jest względnie proste, ale jest coś jeszcze, co trzeba zrobić, żeby z niego korzystać. Kiedy zaczynałem z tymi urządzeniami, wykonałem zgrzebny przyrząd dla zweryfikowania koncepcji. Zatem nie ma się czego bać, tylko trzeba coś zrobić!

Various lab devices in the background with partially loaded SP12T Radiall switches mounted to a plexiglass frame in the foreground.Narzędzie do zachowania integralności sygnału w postaci częściowo obciążonych przełączników obrotowych SP12T zamontowanych na pleksiglasowej ramie.

Przełącznik półprzewodnikowy jest niewielki i łatwy w użyciu. Ogólny obwód sterujący jest zasadniczo taki sam jak w przypadku przełącznika elektromechanicznego, jednak przełącznik półprzewodnikowy montuje się bezpośrednio na płytce PCB. Może on być dodatni lub ujemny. Jeśli testowane urządzenie jest na tej samej płytce PCB co przełącznik, to za pomocą jednego lub dwóch przełączników z projektu można wyeliminować wiele złączy. Ponieważ obwód jest już na płytce PCB, nie trzeba projektować dodatkowego osprzętu montażowego. Inną zaletą jest wyjątkowa stabilność fazowa tych przełączników. Wskutek tego nie trzeba się martwić o kwestie zmiany trybów! Mają one również krótsze czasy osiadania i są bardzo niedrogie w porównaniu do przełączników elektromechanicznych. Jednak z drugiej strony, gdy trzeba wykonać połączenie z płytki PCB z przełącznikiem do innego układu za pomocą przewodu koncentrycznego, rezultatem jest większa liczba złączy, wyższe koszty i straty. 

Przełączniki półprzewodnikowe doskonale się sprawdzają przy testowaniu urządzeń optycznych, urządzeń SerDes oraz dużych ilości urządzeń RF. Dwa pierwsze scenariusze są świetne, ponieważ można umieścić repeater za przełącznikiem, aby uzyskać doskonałą powtarzalną integralność sygnału w testowanym urządzeniu. W trzecim przypadku można utworzyć układy urządzeń, które zostaną poddane testom po umieszczeniu ich w osprzęcie. 

Mogłoby się zdawać, że nie ma miejsca na przełączniki elektromechaniczne, skoro dostępne są niedrogie przełączniki zapewniające stabilność fazową, które nie potrzebują dodatkowego osprzętu do montażu. Dwie wady przełączników półprzewodnikowych działające na korzyść przełączników elektromechanicznych to straty z powodu włączenia oraz limity mocy. Przełączniki półprzewodnikowe zazwyczaj powodują straty rzędu kilku dB na kanał, a ścieżka na płytce PCB prowadząca do przełącznika powoduje dodatkowe straty. Dodatkowa strata ogranicza skuteczną szerokość pasma dla operacji po przetwarzaniu, jak testowanie metodą de-embedded. Ponadto nie można ich używać w układach o dużym natężeniu prądu, ponieważ się przepalą. 

Strona: 1/2
Następna