Hallo Forum :)
ich hätte mal eine Frage, was die Impedanzanpassung von komplexeren HF-
bzw. UHF-Schaltungen angeht, also mit mehreren Stufen auf einer Platine
- z.B.
Transceiver-IC (TX) -> Anpassung -> PA 1. Stufe -> Anpassung -> PA 2.
Stufe -> Anpassung -> Filter -> Antenne
Wie werden bei so etwas in der realen Schaltung die einzelnen
Anpassungen vernünftig realisiert? Vorher wird vielleicht simuliert oder
es wird einfach die Application Note nachgebaut, aber im realen Aufbau
sieht es ja dann doch immer anders aus...
Ich trenne da immer die Leiterbahnen an bestimmten Stellen auf und messe
die Impedanzen in beide Richtungen mit dem Networkanalyzer und einer
selbstgemachten Messspitze aus steifem Koaxkabel, die ich auf die
Kontakte der Platine drücke bzw. dort anlöte. Die "Stifte" für den
Innenleiter und GND sind dabei möglichst kurz (~2 mm). Also quasi so
etwas:
________
|
|____ (Innenleiter)
|
__________|____ (GND)
Wie wird so etwas in der "professionelleren" Industrie angegangen? Wie
macht ihr so etwas? Hat jemand einen Tipp für einen Ingenieurfrischling?
:)
50 Ohm. Ja, Das beschriebene Verfahren kommt etwa hin. Eine Anpassschaltung kann man vornewegnehmen, zB ein T/Pi designen und offenlassen. Je nachdem , ob man's dann breitbandig haben will oder nicht, bestueckt man anders. Man kann zb ein 1206 Filter vorsehen und dann nach dem Nachmessen auch weglassen. Mit einem richtigen Design muss man nie eine Leiterbahn aufschneiden. Das ist doch eher haesslich & unpraktisch. Eine Notloesung.
@ Hazett, wenn du Profi bist, musst du so etwas schon auf einen Knall bringen. Ansonsten empfehle ich max. 2 Stufen auf einem Board mit sauberem 50 Ohm Ein- und Ausgang. So etwas modular zu machen ist wesentlich sinnvoller. Wenn 1 Teil geht, kann man sich mit Ruhe und Gelassenheit dem Nächsten zuwenden. Wie es dann später zusammenpasst, ist eine andere Sache. Die Fehlschläge der Entwicklungslabors möchte ich nicht zählen. 73 Wilhelm
Hazett schrieb: Was willst du machen? In einer Halbleiterschalung die nicht das tut, was sie soll nachvollziehen warum das so ist oder eine Schaltung desginen? Im ersten Fall ist das vorgehen je nach Frequenz durchfürbar oder auch nicht. Wenn du Schaltungen entwickeln willst, dann nimmt man dafür die S-Parameter der Datenblätter und beücksichtig dann aber die parasitären Induktivitäten/Kapazitäten. Schau dir mal die Webseite an: http://www.elektronikschule.de/~krausg/ Das ist allgeminverständlich geschrieben.
Danke für die Antworten! Pico Oschi schrieb: > Man kann zb ein 1206 Filter vorsehen und dann nach dem Nachmessen auch > weglassen. Mit einem richtigen Design muss man nie eine Leiterbahn > aufschneiden. Das ist doch eher haesslich & unpraktisch. Eine > Notloesung. Größtenteils mache ich es auch so, Platz für ein zusätzliches Serien- und ein Parallelelement lassen und dann mit der oben beschriebenen Methode in die Schaltung messen. Aus Platzgründen passt das manchmal nicht und es ist auf dem ersten Prototyp (=Bastelobjekt) aufschneiden angesagt. Wohlgemerkt nur für die Messungen, d.h. um die korrekten Werte für die Anpassung bzw. diskrete Filter zu finden. Die nächsten Platinen werden dann gleich richtig bestückt und ich schaue nur noch, ob am Ende das gleiche rauskommt wie bei der "nachangepassten" Platine. Wilhelm; DK4TJ schrieb: > wenn du Profi bist, musst du so etwas schon auf einen Knall bringen. > > Ansonsten empfehle ich max. 2 Stufen auf einem Board mit sauberem 50 Ohm > Ein- und Ausgang. Klar, das in mehrere Module aufteilen ist nervenschonender und würde auch eher meinen Fähigkeiten entsprechen. Allerdings würde ich ja gerne mal Profi werden (ein weiter Weg...), und außerdem würde das dem Chef nicht gefallen, wenn ich mit drei Platinen ankomme. Bazo schrieb: > Was willst du machen? > > In einer Halbleiterschalung die nicht das tut, was sie soll > nachvollziehen warum das so ist oder eine Schaltung desginen? > Ich würde mal sagen, ich möchte beides - eben weil das Designen bei mir nie so hingehauen hat, dass in der aufgebauten Schaltung nicht noch Korrekturen in der Anpassung nötig gewesen wären. Es handelt sich im Übrigen um Schaltungen bis 2,4 GHz, das hatte ich noch nicht erwähnt. Bazo schrieb: > Wenn du Schaltungen entwickeln willst, dann nimmt man dafür die > S-Parameter der Datenblätter und beücksichtig dann aber die parasitären > Induktivitäten/Kapazitäten. Das habe ich so auch bereits getan. Simulationen mit Agilent ADS mit S-Parameter-Files der Verstärker und realen (nicht idealen) Bauelementen. Teilweise habe ich das Layout mitsimuliert, aber im realen Aufbau habe ich mit den simulierten Werten nie eine vernünftige Anpassung für komplexere Schaltungen hinbekommen, immer war Korrektur angesagt. Dazu kommt das Problem, dass die Hersteller für diverse mehrstufige Verstärker-IC's keine S-Parameter, sondern nur Beispielschaltungen für unterschiedliche Frequenzbereiche rausgeben. Da ist dann also in jedem Fall nachprüfen angesagt. Jetzt ist es doch wieder viel zu viel Text geworden...nochmal zusammengefasst: - Treffen "Profis" mit ihrer Simulation (sofern alle nötigen S-Parameter-Files vorhanden sind) die realen Ergebnisse in der Regel wirklich gleich im ersten Versuch so gut, dass keine Korrekturen mehr nötig sind? - Ich weiß, dass es mit meiner Methode (siehe erster Beitrag) bei 2,4 GHz allmählich kritisch wird. Gibt es da bessere Methoden zur Kontrolle der Anpassung?
Ja und nein. Ja: Um gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zu bekommen, solltest Du: 1) den NWA auf Steckerebene kalibrieren und die elektrische Länge Deiner angelöteten Messleitung am NWA herausdrehen (z.B. Kurzschluß am Ende machen und im Smithchart kontrollieren. 2) auf jeden Fall das Layout mit simulieren, zumindest als Pads und Leitungselemente. 3) sehr gute Modelle für die Bauteile (insbesondere L und C haben). Je größer die Bauteile, desto wichtiger. Zumindest sollten diese die Serien- und Parallelresonenz und Güte der Bauteile modellieren. 4) Das PCB gut kennen. Nein: 1) Magnetische Kopplung zwischen Spulen wir selbst ein 3D Simulator nicht liefern. 2) S-Parameter zeigen bei aktiven Bauteilen nur das Verhalten in einem Arbeitspunkt. Hier brauchst andere Modelle. 3) Wenn alles auf Anhieb passt, ist das toll, aber entscheidend ist, wie man am schnellsten zum Erbebnis kommt. Meist bin ich schneller und besser, wenn die Simulation sehr nah dran ist und der letzte Feinschliff durch Messung (muss man eh machen) und Löten gemacht wird
Danke für die Antwort! Die Länge der Messleitung rauskalibriert habe ich schon exakt so, das hatte ich vergessen zu erwähnen. Dennoch schön, das so bestätigt zu lesen :) Was die Simulation angeht, wird es dann eventuell an den Modellen gelegen haben. Und das Platinenmaterial ist wohl die zweite Variable...zumindest unter 1 GHz wird bei uns in der Regel FR4 verwendet. Das hat, wie ich jetzt gelesen habe, noch größere Toleranzen als ich gedacht hatte, auch innerhalb ein- und der selben Platine. Mapua schrieb: > 3) Wenn alles auf Anhieb passt, ist das toll, aber entscheidend ist, wie > man am schnellsten zum Erbebnis kommt. > Meist bin ich schneller und besser, wenn die Simulation sehr nah dran > ist und der letzte Feinschliff durch Messung (muss man eh machen) und > Löten gemacht wird Klar, wenn man zwei Monate lang aufs Hundertstel dB an einem Verstärker simuliert, ist damit keinem geholfen. Was mir noch fehlt ist die Erfahrung, wieviel Aufand man für die Simulation treiben sollte (ok, das wird auch von Fall zu Fall unterschiedlich sein und gerade diese Erfahrung wird mit der Zeit kommen) und teilweise wie man vernünftig misst. Aber da sich hier noch niemand über die Messmethode mit dem Koaxstück beschwert hat, liege ich zumindest damit wohl ganz gut :)
> Aber da sich hier noch niemand über die Messmethode mit dem > Koaxstück beschwert hat, liege ich zumindest damit wohl ganz gut :) Wird hier in der 4ma auch so gemacht... mit einem dünnen Semi-Rigid Koax mit SMA-Stecker dran... man muß beim Layouten aufpassen dass alle Punkte in die man reinmessen will ein Stück GND-Fläche gleich nebenan haben damit man den Schrim anlöten kann... funktioniert bis ca. 3GHz ganz gut, darüber dann nicht mehr wirklich... Was sich bewährt hat: *Die Toleranzen bei FR4 sind gar nicht so fürchterlich wie in der Theorie. Wenn man beim gleichen PCB-Hersteller bleibt un der nicht den FR4-Zulieferer wechselt ist die Wiederholgenauigkeit viel besser als die maximale Toleranz aus dem Datenblatt. * Auch wenn man Einzelschaltungen mit 50 Ohm-Ein- und Ausgang aneinander reiht und demnach eine auf 50 Ohm Angepasste (Micro-)Stripline zwischen den Schaltungsteilen eigentlich kein Problem sein sollte: Bau die Schaltungteile trotzdem ohne großen Abstand direkt aneinander, nur mit einem 0603 Null-Ohm Widerstand dazwischen (oder dem ohnehin nötigen DC-Koppel-Kondensator) damit man leicht auftrennen und mit dem Koax rein messen kann. Denn mit Leitungslänge dazwischen und der unvermeidlichen leichten Fehlanpassung wird der Frequenzgang dann doch Wellig. Gilt v.a. wenn man Schaltungen mit mehreren MHz Bandbreite auf +/- 1 dB Genauigkeit trimmen will. Wenn du immer nur einen einzelnen FM-Kanal überträgst ist das nicht so kritisch. HTH
Meine ersten Brötchen habe ichmit der Entwicklung von Sendeverstärkern und Sende-Empfangsumschaltern für DECT-Schnurlostelefone verdient. Die Sendeverstärker waren anfangs dreistufig diskret aufgebaut. 50-Ohm-Anpassung zwischen den Stufen war nicht machbar: zum anderen wäre es unpraktisch gewesen, die vorherrschenden niedrigen Ein- und Ausgangsimpedanzen der einzelnen Verstärkerstufen erst hoch- und dann wieder runterzutransformieren, zum anderen hätte das unnötigen Bauteil- und Platzaufwand und damit höhere Kosten bedeutet. Bei Serienstückzahlen jenseits von 50000 Stück überlegt man sich selbst bei einem banalen Widerstand zweimal, ob man ihn wirklich braucht. Vom ersten Entwurf bis zum serienreifen Produkt brauchten wir in der Regel drei oder vier Layoutdurchgänge. Am Anfang wurde viel simuliert, später vorwiegend auf meßtechnischer Basis optimiert. Für die Messungen hatte ich mir eine Reihe gleichlanger Leitungen aus dünnem Koax zum Anlöten angefertigt und aus einigen weiteren Leitungen gleicher Länge behelfsmäßige Kalibrierstandards gebaut, so daß ich direkt auf den "Anlötpunkt" kalibrieren konnte. Das Optimieren der Schaltung erfolgt dann beispielsweise durch fleißiges Austauschen von Kondensatoren (im Prinzip wie das Drehen an einem Trimmkondensator) und durch das Verändern von Leiterbahnlängen (die waren ohnehin in Mäanderstruktur geroutet und zumindest in den ersten Layouts etwas länger als simuliert gelassen und zum Kürzen vorbereitet). Wenn man sich ein halbes Jahr lang mit einem eigentlich recht übersichtlichen Schaltungsabschnitt auseinanderzusetzen hat, bekommt man bald ein recht gutes Gefühl dafür, an welcher Stelle man etwas verändern muß, wenn die Messungen noch nicht so ausfallen wie beabsichtigt - das nennt man dann Berufserfahrung. Die Leiterplatteneigenschaften (Material FR4) erfaßt man idealerweise, indem man Prüfstrukturen auf den Leiterplattennutzen bringt, die man mit dem NWA vermessen kann. Es empfiehlt sich, schon vom ersten Entwicklungslayout an die Leiterplatten bei demselben Hersteller fertigen zu lassen, der später auch die Leiterplatten für die Serie fertigen wird - und man vergewissere sich vorher, daß er die kleinen Stückzahlen für das Labor in demselben Prozeß fertigt wie die großen Serienmengen! Viel Erfolg!
Vielen Dank für eure Ehrfahrungen und Tips!
Interessant, dass ihr das genauso bzw. sehr ähnlich macht. Das beruhigt
mich schon mal wieder ein wenig, genauso wie die teilweise mehreren
Layoutdurchgänge.
Die Idee mit den Prüfstrukturen auf dem Platinenmaterial ist auch sehr
interessant, das werde ich bei Gelegenheit sicher auch mal machen. Im
Laufe der Entwicklung beim gleichen Platinenhersteller bleiben, sollte
sich vermutlich einrichten lassen. Mal schauen, ob das beides meine
Simulationen eine Spur realitätsnäher macht.
Der Rest fällt dann wohl wirklich unter "Berufserfahrung", die ich noch
sammeln muss.
> Viel Erfolg!
Danke :)
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