Как проектировать СВЧ платы

Семинар “Проектирование и моделирование СВЧ печатных плат”

Предлагаем вниманию инженеров-конструкторов СВЧ-плат, разработчиков антенн и фазированных антенных решеток двухдневный семинар для наших клиентов, посвященный вопросам проектирования и моделирования печатных плат
на СВЧ-материалах.

• Как выбрать СВЧ-материал для печатной платы?
• Какую структуру СВЧ-платы заложить в вашу конструкцию?
• Как корректно рассчитать волновое сопротивление микрополосковых линий?
• Как выстроить сквозной маршрут проектирования СВЧ-плат?
• Как наиболее эффективно и точно моделировать проекты СВЧ-топологий и фазированных антенных решеток, выполненных на основе печатных плат?

Обо всем этом рассказывается на семинаре.
Семинар основан на программах Cadence Allegro, OrCAD, IMST Empire XPU, однако содержит много информации, не привязанной к конкретным САПР .
В процессе семинара выполняется живая демонстрация моделирования СВЧ-плат.
Ознакомьтесь, пожалуйста, с программой ниже. Если вас заинтересовала тема, пожалуйста, пришлите по электронной почте заявку с указанием количества, ФИО, контактов и должностей участников, и реквизиты для выставления счета / оформления договора.
Предварительная регистрация обязательна.

Контакты
E-mail: SEMINAR@PCBSOFT.RU
Телефон: 8 (929) 504-46-75 Светлана
Факс: 8 (499) 558-02-54

Программа семинара
«Проектирование и моделирование печатных плат СВЧ»
День 1-й из 2-х
Альфа-Отель Измайлово, Конференц-зал. Регистрация участников с 9:00 до 9:55

10:00 Введение
Новости PCB technology, КБ Схематика и PCB SOFT
Обзор новых технологий в печатных платах.
Обзор процесса изготовления ПП
Глухие отверстия в печатной плате, нюансы
Тенденции развития ВЧ и СВЧ модулей

11:00 СВЧ-материалы для печатных плат
Обзор доступных СВЧ-материалов для печатных плат
Выбор материала в зависимости от требований к плате
Материалы LoPro со сниженной шероховатостью меди
Чем заменить ФАФ и ФЛАН?

11:30 Кофе-брейк

12:00 Структуры печатных плат СВЧ
Прямое прессование без препрегов
Комбинирование нескольких материалов
Платы СВЧ на металлическом основании
Встроенные компоненты

13:30 Обед

14:30 Параметры СВЧ-плат
Рекомендации по конструкциям и трассировке СВЧ плат.
Шины питания.
Блокировочные конденсаторы.
Типы линий передачи на печатной плате
Расчет волнового сопротивления.
Методика точного расчета импеданса.

16:00 Кофе-брейк

16:30 Маршрут проектирования СВЧ-плат
Опция САПР Cadence RF для проектирования СВЧ-плат
Библиотечные СВЧ-компоненты на схеме и на плате
Параметризация СВЧ-компонентов
Расширенные режимы трассировки для СВЧ-плат
Работа с полигонами на СВЧ-плате
Управление зазором вокруг СВЧ-топологии в САПР
Авто-расстановка переходных отверстий
Повторное использование фрагментов топологии
Стыковка Cadence Allegro и САПР моделирования

17:30-18:00 Вопросы, обсуждение

День 2-й из 2-х
Альфа-Отель Измайлово, Конференц-зал.

10:00 Введение в метод моделирования FDTD
Дискретные уравнения Максвелла.
Точность вычислений.
Дискретное преобразование Фурье.
Ближнее и дальнее поле.

11:00 Обзор возможностей симулятора EMPIRE XPU

11:30 Кофе-брейк

12:00 Моделирование СВЧ-плат
Фильтры
Индуктивности
Переключатели
LTCC
BGA
Встроенные усилители

13:30 Обед

14:30 Микроволновые волноводы
Диплексеры
Рупорные облучатели

16:00 Кофе-брейк

16:30 Антенны и Фазированные Антенные Решетки
Рефлекторы,
Автомобильные излучатели,
Радары
Остронаправленные антенны

17:30-18:00 Вопросы, обсуждение

Контакты
E-mail: SEMINAR@PCBSOFT.RU
Телефон: 8 (929) 504-46-75 Светлана
Факс: 8 (499) 558-02-54

Основы проектирования микроволновых устройств и электромагнитного моделирования

Распространённой ошибкой при моделировании электромагнитных устройств является желание добавить в одну модель одновременно и сложную геометрию, и комплексные свойства материалов, и смешанные граничные условия. Очевидно, что такой подход не принесёт пользы: скорее всего, программа будет долго считать, да ещё и может выдать ошибочные результаты. В этой статье мы покажем, как эффективно настроить простые радиочастотные, микроволновые и миллиметроволновые модели в программном обеспечении COMSOL Multiphysics®.

Как правильно настроить расчет радиочастотных, микроволновых и миллиметроволновых устройств и контуров в COMSOL Multiphysics®

Основное правило электромагнитного моделирования, независимо от характеристик устройства, будь то резонатор, волновод, излучатель или поглотитель, очень простое: Необходимо максимально эффективно настроить модель, например, как показано в предыдущей статье нашего блога. Даже если вы рассматриваете вполне определенную конструкцию, все равно лучше начать с упрощенной модели, а затем постепенно усложнять геометрию.

Когда устройство работает не на излучение, то в его структуре электромагнитные волны либо распространяются как в волноводе, либо ослабляются и поглощаются. В основе электромагнитных (ЭМ) расчётов таких пассивных устройств лежит решение системы уравнений Максвелла.

Электромагнитная волна, распространяющаяся в микрополосковом меандре, к которому подключены два SMA-коннектора.

Для эффективного моделирования пассивных СВЧ-компонентов необходимо правильно выбрать физические свойства и граничные условия. Довольно трудно точно отразить реальные лабораторные условия в модели, при этом продуктивно используя время и вычислительные ресурсы.

В таблице ниже слева приведены практические ситуации тестов и измерений, а справа — возможности COMSOL Multiphysics для их замещения и компьютерной имитации:

Физический прототипЧисленное моделирование
Базовые настройкиРасширенный функционал
Металлический слой проводника, шина заземления и экранированиеИдеальный электрический проводник (PEC — Perfect electric conductor)
  • Импедансное граничное условие (IBC — Impedance boundary condition)
    • Задание шероховатости поверхности
    • Задание поверхностной плотности электрического тока
  • Переходное граничное условие (TBC — Transition boundary condition)
    • Задание шероховатости поверхности
    • Задание поверхностной плотности электрического тока
Открытое пространствоРассеивающие граничные условия (Scattering boundary conditions)Идеально согласованные слои (PML)
Измерение S-параметров для согласования устройства и изменения коэффициента передачи (или вносимых потерь) с помощью анализатора цепейПорт или Сосредоточенный порт (Lumped Port)Численный TEM-порт
Компоненты для поверхностного монтажа, такие как резисторы, дроссели и ёмкостиСосредоточенные элементы (Lumped elements): R, L, и CСосредоточенные элементы: последовательные или параллельные LC- и RLC-цепи
Результаты измерений произвольного СВЧ-устройстаЧетырёхполюсник (Two-port network): S-параметрыЧетырёхполюсник (Two-port network): Опция импорта файла в формате Touchstone

При начальной настройке модели пассивного СВЧ-контура сразу не нужно задавать много сложных граничных условий. В принципе можно построить модель, особенно для низкочастотных расчётов, используя всего два граничных условия в модуле Радиочастоты (RF Module) пакета COMSOL Multiphysics. Давайте посмотрим, как это сделать, на примере микрополосковой линии.


Геометрия микрополосковой линии.

Геометрия модели состоит из пяти элементов (каждый из которых имеет определенное назначение:

  1. Внешний параллелепипед (блок): металлический корпус (экранирование), заполненный внутри воздухом
  2. Внутренний параллелепипед: кристаллическая подложка для микрополосковой линии передачи
  3. Прямоугольник: печатный металлический слой проводника
  4. Прямоугольник: сосредоточенный порт (Lumped Port) №1 для возбуждения сигнала
  5. Прямоугольник: сосредоточенный порт (Lumped Port) №2 для съёма сигнала

Материалы, используемые в модели: диэлектрическая подложка (её свойства задаются пользователем) и воздух, который окружает печатную плату.

Затем необходимо задать корректные граничные условия (ГУ) для модели:

  • Граничное условие Идеальный электрический проводник (Perfect Electric Conductor) в модели — это аналог тонкого металлического слоя с высокой проводимостью
  • Граничное условие Сосредоточенный порт (Lumped Port) в модели используется для возбуждения или терминирования сигнала (заделки) в СВЧ-контуре и измерения S-параметров

Металлические части микрополосковой линии: верхний медный слой и нижняя область с заземлением (слева) и.

Сосредоточенный Порт (Lumped Port) — граничное условие на одном из концов линии (справа). На одной заданной частоте расчет займёт всего несколько секунд. По умолчанию в результатах будет доступен расчет S-параметров системы и визуализация картина распределения электрического поля для указанной частоты. Если расчёт был проведен для диапазона частот, то к предыдущим результатам добавится диаграмма Смита. При необходимости вы также можете рассчитать импеданс порта в несколько кликов.


Распределение электрического поля на поверхности подложки и визуализация конечно-элементного разбиения микрополосковой линии.

В модуле Радиочастоты к электромагнитной модели можно добавлять учёт различных физических эффектов. Это значит, что вы можете изучить все физические явления и задать любые свойства, которые необходимы для конкретной задачи. При проверке конструкции вашего устройства важно иметь чёткое представление о физике (или комбинации физических эффектов), лежащей в основе расчёта.

Вы можете более подробно узнать о базовых уравнениях и методах моделирования, используемых в модуле Радиочастоты, в предыдущих статьях нашего корпоративного блога: Моделирование металлических объектов и Использование идеально согласованных слоев и граничных условий рассеяния в волновых электромагнитных задачах.

Далее вы можете приступить к проектированию вашего микроволнового или миллиметроволнового устройства, будь то ответвитель, делитель мощности, фильтр или какой-либо широкополосный компонент.

Проектирование микроволновых и миллиметроволновых устройств с помощью модуля Радиочастоты

Вы можете посмотреть многочисленные примеры моделирования радиочастотных, микроволновых и миллиметроволновых устройств в разделе «Радиочастоты» Библиотеки приложений COMSOL. Там вы найдёте как типовые учебные примеры, например, по моделированию линий передач, ответвителей, делителей мощности, фильтров и трансформаторов, так и примеры, учитывающие междисциплинарные эффекты, к примеру, расчёты микроволновых печей, удельных коэффициентов поглощения (SAR), перестраиваемых фильтров и т.д. Также там есть пример СВЧ-циркулятора, в работе которого используются анизотропные свойства ферритового материала.

Примеры расчетов фильтров, ответвителей и делителей мощности

Ответвители, делители мощности и фильтры являются важнейшими компонентами СВЧ-техники. Они станут отличной базой для изучения принципов моделирования микроволновых устройств в программном обеспечении COMSOL®. Очень полезно, что по типичным для этой области примерам легко можно проверить расчёные результаты.

Типовые примеры шлейфового ответвителя с квадратурным гибридным соединением (слева) и делителя мощности Уилкинсона (справа).

Роль фильтров сложно недооценить, так как они используются для улучшения сигналов в радиочастотных и микроволновых системах.

Пассивные устройства не ограничиваются стандартной формой контуров на печатной плате. К примеру, периодические структуры частотно-избирательной поверхности (FSS) с резонаторами типа «разрезное кольцо (split ring)», которые могут пропускать или задерживать частоты в определённой полосе. В примере ниже через слой на основе таких резонаторов могут проходить сигналы только на центральной резонансной частоте.


Модель частотно-избирательной поверхности (резонатор типа «разрезное кольцо»). Для моделирования бесконечного 2D-массива достаточно одной ячейки структуры с заданными периодическими граничными условиями.

Учет междисциплинарных физических эффектов в СВЧ-расчетах

Из-за теплового расширения, внешних сил или пьезоэлектрических свойств структура контура может измениться. Поверхность может быть деформирована неравномерно, что может привести к неравномерному распределению реактивного сопротивления. В таком случае решить проблему простным параметрическим исследованием для различных геометрий. Учитывая мультифизические связи, вы можете анализировать и проектировать сложные устройства, такие как перестраиваемые фильтры, управляемые пьезоэлектрическими актуаторами.

Анимации для мультифизических примеров: перестраиваемый резонаторный фильтр, управляемый пьезоактуатором (сверху) и микрополосковый низкочастотный фильтр под действием внешней механической нагрузки (снизу).

Выполнить мультифизический анализ в COMSOL несложно. Вы просто добавляете другие физики в вашу микроволновую модель. Например, физический интерфейс Теплопередача — для расчёта микроволнового нагрева или интерфейс группы Механика конструкций, чтобы посмотреть, как деформация влияет на электромагнитные параметры устройства. Несмотря на то, что в этом случае будет задействовано несколько физических интерфейсов, вы по-прежнему будете работать в одной среде и использовать общие принципы построения моделей.

Ускорение электромагнитного моделирования с использованием методов понижения порядка (Reduced-Order Modeling)

Некоторые электромагнитные устройства, такие как полосовые фильтры с высокой добротностью, требуют больших вычислительных ресурсов (и времени) для качественного расчета. В модуле Радиочастоты доступны две методики для ускорения моделирования таких фильтров: асимптотический анализ формы волнового сигнала (asymptotic waveform evaluation (AWE)) и модально-частотный анализ (frequency-domain modal analysis).


Цилиндрический резонаторный фильтр на затухающей моде — учебная модель с демонстрацией использования AWE-метода. Данный подход целесообразен для моделирования контуров с одиночным резонансом и эффективен при расчете большого числа частотных точек.

На рисунке показаны результаты расчетов каскадного прямоугольного резонаторного фильтра (слева) и компланарно-волнового полосового фильтра (справа). Показаны преимущества модально-частотного анализа при моделировании АЧХ (амплитудно-частотных характеристик) пассивного устройства, имеющего несколько резонансных частот с рассматриваемом диапазоне. В этом случае расчёт собственных частот является ключевым для нахождения резонансов устройств произвольной формы.

С помощью этих двух методов можно получить довольно точную АЧХ, но при этом файл модели с результатами моделирования будет очень много весить и содержать огромное количество данных. Но спешим вас обрадовать — инженерам обычно требуются только значения S-параметров для рассматриваемого прибора. Поэтому зачастую бывает достаточно сохранить данные, относящиеся к только к следующим границам, на которых заданы сосредоточенные порты. За счет такого подхода к сохранению результатов, можно значительно сократить размер итогового файла.

Динамическая рефлектометрия (TDR — Time-Domain Reflectometry) микроволновых устройств

Физический интерфейс Электромагнитные волны, Временная область (Transient) позволяет моделировать распространение электромагнитных волн во временной области. В таком режиме возможно проведениечисленной динамической рефлектометрии (TDR — Time-domain reflectometry) микроволновой цепи. Выполнив TDR-анализ вашего устройства, можно предугадать качество передаваемого сигнала. Искажение напряжения из-за взаимных помех между линиями электропередач и рассогласование, связанное с обрывами линии, ухудшают качество сигнала. Оценка данных эффектов — это область исследований по целостности сигнала (SI — signal integrity). В настоящее время наблюдается рост интереса к расчетам такого рода, что связано с увеличением требований к высокоскоростным устройствам передачи данных. Приведённые ниже примеры демонстрируют TDR-анализ для двух случаев: взаимные помехи между двумя соседними микрополосковыми линиями и несогласованное волновое сопротивление, соответственно. В обоих случаях нежелательные эффекты проявляются при расчёте во временной области с приложенными к сосредоточенным портам импульсами напряжения.

Читайте также:  Как выбрать паяльник для пайки проводов

Модель оценки взаимных помех в микрополосковой линии (слева) и TDR-анализ для каждого её порта (справа), на котором видно: чем выше скорость передачи данных, тем больше потерь на другом канале.

Динамическая рефлектометрия может использоваться для оптимизации рассогласования импеданса при проектировании высокоскоростных соединений.

Быстрое прототипирование на основе уравнений для длинных линий.

Интерес к миллиметроволновому частотному диапазону с каждым годом растёт из-за появления новых мобильных сетей 5G, которые должны поддерживать более высокую скорость передачи данных. Моделирование с низкими вычислительными затратами поможет быстро проверить любую новую концепцию или прототип. При работе волновода на основной частоте 2D моделирование значительно сокращает время расчёта.


Диплексер — это устройство, которое широко используется в системах мобильной связи для объединения или разделения сигналов на две полосы частот. Представленная учебная модель антенного разделителя (диплексера) содержит расчет параметры разделения сигнала на основе упрощенной двумерной геометрии.

Когда связь между линиями передач крайне слаба, физический интерфейс Длинные Линии (Transmission Line) позволит еще больше сэкономить вычислительные ресурсы. Расчёт, который обычно занимает от нескольких минут до нескольких часов, можно выполнить за секунды с помощью уравнений для длинных линий.

После оценки основных характеристик в таком упрощенном режиме, можно переходить к 3D-геометрии.


Антенная фазированная 8×1 решётка с использованием матричной схемы Батлера 8×8 на частоте 30 ГГц: комбинация быстрого моделирования линии передач и полноволновое 3D-моделирование на основе МКЭ.

Краткие выводы по моделированию микроволновых устройств и контуров

В этой статье мы рассмотрели различные методики расчёта микроволновых устройств. Прочитав данную статью и просмотрев учебные примеры, вы сможете создавать модели пассивных СВЧ-приборов в пакете COMSOL Multiphysics, сохраняя высокую точность при незначительном времени расчёта.

Новая технология серийного изготовления СВЧ-блоков

В последнее время отмечается большой интерес к серийному изготовлению СВЧ электронных блоков: антенн, усилителей СВЧ-мощности, приемников и передатчиков СВЧ-сигнала. Эти устройства применяются в радарах (в том числе системах контроля скоростного режима), базовых станциях GSM и других средствах связи, в системах контроля доступа и периметра, системах телеметрии и т.п.

Трудности производства СВЧ-блоков обусловлены двумя основными особенностями, присущими данным устройствам, – это рабочие частоты в десятки гигагерц и довольно большая рассеиваемая тепловая мощность. Мы предлагаем новую технологию серийного изготовления СВЧ электронных блоков, использование которой позволяет в разы увеличить эффективность производства по сравнению с традиционным подходом. И это, без преувеличения, можно считать технологическим прорывом.

При изготовлении СВЧ-устройств разработчики должны решить ряд проблем, связанных с потерями в линиях передач и рассеянием в материалах, и для этого, во-первых, необходимо выбрать соответствующие материалы для печатной платы, исходя из следующих важнейших параметров: диэлектрической постоянной, тангенса угла диэлектрических потерь и толщины диэлектрика. Именно эти параметры влияют на характеристики будущих СВЧ электронных блоков. Материалы для высокочастотных печатных плат должны иметь диэлектрическую проницаемость, стабильную в широком диапазоне частот, и низкий показатель потерь в диэлектрике.

Диэлектрическая постоянная, как известно, определяет паразитную емкость линии передачи, а также скорость распространения электромагнитной волны в диэлектрическом материале. Чем выше диэлектрическая постоянная, тем медленнее распространяется сигнал, ниже волновое сопротивление и выше паразитная емкость линии передачи.

Диэлектрическая постоянная у любого материала зависит от частоты. Некоторые материалы имеют достаточно малую частотную зависимость, которой можно пренебречь, у других эта зависимость сильно выражена. Результатом данной зависимости является частотная зависимость волнового сопротивления, которая может привести к рассогласованию линии передачи, вызвать увеличение потерь сигнала, и привести к выходу схемы из строя.

Чтобы не допустить значительного влияния толщины диэлектрика на параметры СВЧ-блоков, необходим строгий допуск на толщину диэлектрика. Известно, что изменение толщины диэлектрика на 20% относительно расчетного приводит к изменению значению импеданса примерно на 12%.
Тангенс угла диэлектрических потерь определяет затухание электромагнитной волны, связанное с рассеянием в процессе распространения волны в диэлектрике. Этот параметр определяется внутренней структурой базового диэлектрика. В идеале надо применять материалы с минимальным значением этого параметра, однако материалы с очень низким значением тангенса потерь имеют сравнительно высокую стоимость.

Базовые материалы для ВЧ- и СВЧ-применений
Все предлагаемые сейчас базовые материалы (материалы для оснований) можно разделить на две группы, в зависимости от типа исходного материала, а также способа построения готовой композитной структуры:
• материалы на основе политетрафторэтилена (тефлон, фторопласт-4, PTFE);
• материалы, не использующие политетрафторэтилен.

Кроме этого, применяются различные варианты построения композитных структур для получения заданных электрических и механических свойств, такие как использование керамического порошка в качестве наполнителя, а также стекловолокна или стеклоткани для армирования материала.

Материалы на основе политетрафторэтилена (PTFE)
Материалы на основе PTFE появились на рынке базовых ВЧ/СВЧ материалов одними из первых, в настоящее время являются достаточно распространенными и используются во многих областях электронной промышленности. Производство печатных плат с использованием таких материалов имеет отличия от производства плат на основе обычных стеклотекстолитов (типа FR-4), однако для современного технологического оборудования данные особенности не представляют особых проблем.

В качестве примера рассмотрим материал CER-10, производимый компанией Taconic (www.taconic-add.com). Этот материал представляет собой органически-керамический композитный материал со значением диэлектрической постоянной e=10. Материал армирован стеклотканью, в качестве наполнителя применяется специализированная керамика. CER-10 обладает превосходной устойчивостью к термическим воздействиям, однородными электрическими свойствами, а также низким влагопоглощением. В табл.1 приведены характеристики данного материала.

Таблица 1.

Основные характеристики материала CER-10

Тангенс угла потерь

Объемное сопротивление, МОм?см

Поверхностное сопротивление, МОм

Электрическая прочность, кВ/мм

Предел прочности, Н/мм 2

Прочность на изгиб, Н/мм 2

Коэффициент теплового расширения, ppm/°С

Коэффициент теплопроводности, Вт/м/°К

Прочность фольги на отрыв, Н/мм

Плотность, г/см 3

Стандартные толщины, мм

Материалы, не использующие политетрафторэтилен
Ко второй группе базовых материалов относятся, например, материалы серии RO4000, производимые компанией Rogers Corporation. Серия высокочастотных материалов RO4000 была разработана, чтобы, с одной стороны, обеспечить качественные СВЧ-характеристики, сравнимые с таковыми у фторопластосодержащих материалов, и, с другой стороны, максимально упростить технологию изготовления плат, т.е. сделать ее совместимой с традиционной технологией обработки армированных текстолитов (FR4).

Материалы RO4000 представляют собой армированное стекловолокно с высокой температурой стеклования (Тд>280°С) с наполнением из термореактивного полимера с добавлением керамики. В отличие от материалов на основе фторопласта (PTFE), для данных материалов не требуется специальной химической или плазменной обработки поверхности при подготовке производства металлизированных переходных отверстий.

На основе этих материалов можно изготавливать как двухслойные, так и многослойные печатные платы, в том числе гибридные структуры (с использованием обычного FR4 для некоторых слоев).

Основные характеристики материалов серии RO4000 приведены в табл.2.

Таблица 2
Основные характеристики базовых материалов серии RO4000

Тангенс угла потерь

Темп. коэфф. диэл. постоянной, ppm/°С

Объемное сопротивление, МОм?см

Поверхностное сопротивление, МОм

Электрическая прочность, кВ/мм

Модуль упругости, МПа

Предел прочности, МПа

Прочность на изгиб, МПа

Коэффициент теплового расширения, ppm/°С

Температура стеклования, °С

Температура декомпозиции, °С

Коэффициент теплопроводности, Вт/м/К

Прочность фольги на отрыв, Н/мм

Плотность, г/см З

Стандартные толщины, мм

0,203 0,305 0,406 0,508 0,813 1,524

Технология изготовления СВЧ ЭБ
Надо сказать, что традиционно для изготовления СВЧ-устройств применяется поликор в качестве материала подложки и бескорпусные компоненты (с разваркой золотой проволокой) в качестве элементов схемы. Для улучшения теплоотвода с обратной стороны подложки часто располагается радиатор. Однако данная технология позволяет производить “штучный товар” и мало применима в серийном производстве. Большой объем ручных операций, необходимый для “традиционной” технологии, приводит к длительному сроку производства, большому количеству брака (зачастую выход годных изделий не превышает 20%, что ведет к значительным издержкам из-за потери дорогостоящих комплектующих). А плохая воспроизводимость параметров изделия приводит к необходимости длительной настройки каждого блока.

Мы предлагаем новое техническое решение, разработав уникальную технологию серийного производства СВЧ электронных блоков (ЭБ) с рабочими частотами 6, 12 и 24 ГГц. По этой технологии были изготовлены и успешно испытаны системы контроля скоростного режима. Инновационность данной технологии в том, что она кардинально меняет временные параметры изготовления СВЧ ЭБ.

В качестве базового материала применяются высокочастотные материалы компании Rogers серии RO4000. На данном материале выполняется двухслойная печатная плата (ПП) с металлизированными отверстиями. Обычно на верхнем слое расположены дискретные элементы изделия и элементы топологии. В настоящее время точность воспроизведения элементов топологии составляет ±12 мкм, что достаточно для большинства применений. Нижний слой ПП представляет собой сплошной полигон “земли”. Металлизированные отверстия обеспечивают электрическое соединение слоев и теплоотвод.

Данная двухслойная печатная плата соединяется с теплоотводящим основанием (обычно медным) через тонкую прокладку (препрег), обладающую хорошими тепло- и электропроводящими свойствами. Коэффициент теплопроводности для используемого препрега составляет 7 Вт/м/К, а объемное электрическое сопротивление 0,0002 Ом/см. Соединение производится методом вакуумного прессования. Таким образом, образуется единый “сэндвич” из высокочастотного базового материала и медного теплоотвода. Внешний контур может иметь достаточно сложную геометрию, возможна внутренняя фрезеровка пазов, вырезов, в том числе заданной глубины.

Для обеспечения защиты от коррозии медь на поверхности ПП, а также медная подложка покрываются слоем гальванического золота (примерно 2,5 мкм толщиной), которое позволяет применять как разварку золотой проволокой, так и пайку.

В качестве дискретных элементов применяются элементы в корпусах для SMD-монтажа. Элементы в корпусах, разумеется, обладают несколько худшими характеристиками, чем бескорпусные, однако для большинства применений это несущественно. Кроме того, применение SMD-элементов позволяет использовать автоматический монтаж, что существенно облегчает процесс сборки и дает значительно более воспроизводимый результат (что уменьшает время настройки готовых блоков в разы).

Мы выпускаем печатные платы и электронные блоки для СВЧ-применений уже несколько лет. В первое время ЭБ изготавливались на двухсторонних и многослойных печатных платах (МПП) из материалов Rogers серии 4000 (также использовались «гибридные» структуры МПП, объединяющие материалы Rogers с обычным FR-4 в составе единой печатной платы).
С осени 2009 года внедряется технология производства СВЧ электронных блоков на основе материалов Rogers с медным основанием (толщина медного основания 1 и 3 мм). Платы на металлическом основании обладают большой теплоемкостью, что делает вопрос обеспечения качественного монтажа электронных компонентов достаточно нетривиальным. Результаты испытаний установочной партии данных изделий полностью удовлетворили требованиям клиента, что доказало верность выбранного технологического решения.

Несмотря на имеющиеся недостатки базовых материалов Rogers по сравнению с традиционными материалами (например, поликором), с точки зрения технологии базовые материалы компании Rogers, широко известные на рынке материалов ПП для высокочастотных применений, имеют значительные преимущества по характеристикам и обладают достойным качеством.
Так, при использовании поликора и подобных ему материалов структура топологии элементов на поверхности ПП обычно формируется с использованием тонкопленочной технологии, что требует применения глубокого вакуума. Такое производство является весьма дорогостоящим, занимает значительное время, и выход годных изделий сравнительно небольшой. Кроме того, существуют большие трудности в соединении подложек из керамических материалов с металлическими теплоотводящими основаниями. Также на подобных материалах практически невозможно сделать металлизацию сквозных отверстий, а тем более создать многослойную структуру. Базовые материалы Rogers лишены этих недостатков. Более того, на основе этих материалов возможно создать «гибридную» схему, объединяющую в составе единой печатной платы как СВЧ-часть, так и низкочастотную схему управления, что сокращает время сборки и уменьшает стоимость готового изделия. Подобные решения физически невозможно применить на базе керамических материалов типа поликора.

Несмотря на существование температурной зависимости диэлектрической проницаемости (а она существует для любого материала), климатические испытания СВЧ ЭБ, изготовленных по новой технологии, показали функциональность изделий в широком диапазоне температур (от -60 до 80оС). Таким образом, для многих применений данная зависимость не оказывает существенного влияния на характеристики конечного устройства (разумеется, ее необходимо учитывать на этапе проектирования). Кроме того, компания Rogers выпускает целую линейку термостабильных базовых материалов.

Точность изготовления элементов топологии по новой технологии составляет ±10 мкм и для широкого круга применений этого более чем достаточно. Кроме того, применение бескорпусных элементов подразумевает или изготовление единичных, уникальных изделий (при монтаже вручную), или изготовление очень крупных серий (только тогда оправдано применение автоматизированного монтажа бескорпусных элементов). Применение ручного монтажа автоматически гарантирует низкую повторяемость характеристик готового изделия, что влечет за собой необходимость длительной настройки каждого прибора, а также высокий процент брака. В нашем случае используются SMT-элементы и традиционная технология автоматического монтажа, это обеспечивает хорошую повторяемость характеристик и низкий процент брака, а также смягчает требования по геометрии контактных площадок.

Обеспечение качественного теплоотвода является одной из ключевых задач при проектировании и изготовлении СВЧ электронных блоков. Дискретные элементы, применяемые в данных изделиях, при своих относительно небольших размерах рассеивают достаточно большую мощность, при этом характеристики самих элементов, а также их ресурс и работоспособность значительно зависят от температуры.

Читайте также:  Использование строительных лесов при электромонтажных работах

В нашем решении активные элементы выполнены в корпусах с центральной теплоотводящей площадкой (термопадом). Тепло от корпуса элемента, припаянного к базовой плате через термопад, отводится при помощи переходных отверстий (диаметром 0,2 мм) на обратную сторону печатной платы. Обратная сторона ПП, по большому счету, представляет собой единый полигон «земли». Также с обратной стороны изделия при помощи специализированного препрега, обладающего отличной тепло- и электропроводностью, размещается медное основание (толщиной 1 или 3 мм), играющее роль теплоотвода. Соединение базовой платы и медного основания производится методом прессования в вакууме в процессе изготовления подложки. В дальнейшем тепло рассеивается металлическим основанием электронного блока на корпус готового изделия.

На качество теплоотвода влияет множество факторов: качество припрессовки медного основания, качество выполнения переходных отверстий, а также качество монтажа (пайки) навесных элементов. Имеющийся опыт позволяет обеспечить необходимые тепловые характеристики готовых электронных блоков.

Отдельной особенностью печатных плат для СВЧ-применений является достаточно сложная (в отличие от традиционных ПП) геометрическая форма. Корпус готового изделия обычно представляет собой несколько объемных «резонаторов», в каждом из которых находится один функциональный блок (генератор, смеситель, усилитель и т.п.) устройства. Таким образом, печатная плата, предназначенная для установки в этот корпус, имеет контур, отличающийся от прямоугольного. Кроме того, зачастую требуется фрезерование углублений различной формы и размера для создания волноводов или установки компонентов на заданную высоту. Поэтому требуется сложная механическая обработка данных плат в трех плоскостях. Для обеспечения надежного теплового и электрического контакта качество механообработки должно быть очень высоким, т.е. необходимы хорошая плоскостность и низкая шероховатость. Все процессы отработаны, обеспечивается высококачественная трехмерная механическая обработка.

Разработанная технология позволяет проводить гальваническое наращивание золота или никеля на данные платы (такие требования предъявляются не только для специальных применений). В основном, покрытие гальваническим золотом необходимо для создания межсоединений (на самой плате, или отдельных плат между собой) методом сварки. Кроме того, это покрытие обеспечивает защиту проводящего рисунка и медного основания от климатических факторов.

Рубрикатор

События

Наши новости

Новости

Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

Проектирование ВЧ схем на микросхемах HMC414MS8G с использованием дешевых материалов для печатных плат

Хамзин Наджим

В данной статье подробно рассмотрены прикладные проблемы при проектировании схем с использованием монолитных СВЧ интегральных схем (MMIC) усилителей мощности, даны подробные рекомендации по расчету и проектированию схем согласования с возможностью перехода к дешевым материалам печатных плат, приводятся примеры с результатами моделирования и экспериментальными данными.

Описание микросхемы

Монолитная СВЧ интегральная схема (MMIC) усилителя мощности HMC414MS8G представляет собой биполярный гетеротранзистор (Heterojunction Bipolar Transistor, HBT), выполненный по технологии GaAs InGaP, который работает в диапазоне рабочих частот 2,2–2,8 ГГц. Усилитель упакован в дешевый 8-контактный корпус для поверхностного монтажа с экспонированной основой, обеспечивающей эффективную работу с СВЧ-сигналом и оптимизацию теплового режима. При минимальном количестве навесных компонентов усилитель имеет 20 дБ коэффициента усиления, +30 дБм мощности насыщения с показателем эффективности PAE, равным 32% (при напряжении питания +5,0 В). Усилитель также может работать с напряжением питания 3,6 В. Управляющий вход Vpd может использоваться для полного подавления мощности на выходе микросхемы усилителя или регулировки уровня выходной СВЧ-мощности.

Прикладные проблемы при проектировании

Оценочная плата компании Hittite позволяет продемонстрировать все возможности микросхемы усилителя мощности HMC414MS8G, которая выполнена на высокочастотном материале RO4350 фирмы Rogers. Этот высокочастотный материал специально разработан для проектирования и изготовления высокочастотных схем и обладает устойчивыми характеристиками в широком диапазоне параметров окружающей среды. Плата (рис. 1) имеет один слой меди толщиной 10 мил. Схема ВЧ-входа и выхода состоит из 50-омной компланарной линии передачи с отверстиями, выполненными вдоль линии передачи для обеспечения связи по ВЧ с нижним слоем металлизации платы.

Хотя рассматриваемая нами конструкция превосходно работает в СВЧ-диапазоне несущих частот, она, возможно, окажется непрактичной для многих приложений из-за ограничений по стоимости и степени интеграции дискретных компонентов. Поэтому такие материалы плат, как FR4, BT и GETEK, используются намного чаще благодаря низкой цене и возможности изготовления из этих материалов многослойных плат. Кроме того, компланарные линии передачи требуют наличия переходных отверстий для обеспечения «земли» вдоль линии распространения сигнала. Во многих многослойных платах эти отверстия заняли бы полезную площадь, которую лучше использовать для установки дискретных компонентов. Чтобы исследовать более подробно перечисленные проблемы и задачи, в компании Hittite была спроектирована однослойная оценочная плата на основе материала FR4. В качестве линии передачи СВЧ-сигнала была выбрана микрополосковая линия. Несмотря на то, что в данном проекте не используется многослойная топология, данная процедура разработки может быть использована при проектировании других схем и на других материалах плат. В данной статье мы обсудим методологию разработки топологии СВЧ-схем.

Схема оценочной платы

Как уже было отмечено, в оценочной плате HMC414MS8G на входе и выходе использована компланарная линия передачи. Различие между компланарной и полосковой линиями передачи заключается в распределении электрического поля (рис. 2). Линии напряженности электрического поля в компланарной линии связи заключены главным образом между сигнальным проводником и верхним слоем «земли», хотя часть поля распределяется на нижний слой «земли». В полосковой линии поле сконцентрировано между линией передачи и нижним слоем «земли». При этом присутствует рассеяние поля. Именно это распределение поля формирует полное сопротивление линии передачи. Так как большая часть поля в компланарной линии сконцентрирована в промежутке между полосками на верхней стороне платы, то ширина промежутка определяет полное сопротивление линии передачи. Это позволяет устанавливать ширину полоски линии передачи широкой или узкой в зависимости от требований приложения. В микрополосковой линии дело обстоит иначе. В данном случае ширина полоски линии передачи продиктована диэлектрической константой и высотой подложки.

Чтобы продемонстрировать упомянутые различия, провели расчет ширины полоски, полного сопротивления компланарной и микрополосковой линий с использованием программы синтеза линии передачи TLINE от Eagleware Corporation. Материал платы — FR4 высотой 62 мил и εr = 5,4. Для полного сопротивления линии 50 Ом компланарная линия передачи может быть реализована с величиной зазора 6 мил и линией передачи 21 мил или шириной зазора 9 мил и линией передачи 33 мил. Для 50-омной микрополосковой линии на том же самом материале FR4 требуется 113 мил ширины линии передачи. Эта ширина чрезмерна и представляет проблему в большинстве топологий при проектировании линии связи с микросхемой усилителя. Уменьшение ширины полоски с 113 до 35 мил (более удобная для работы ширина при проектировании) увеличивает полное сопротивление с 50 до 82 Ом. Это увеличенное полное сопротивление повлияет на работу усилителя и рассогласует всю систему. В случае необходимости использования микрополосковой линии придется уменьшить высоту платы из материала FR4 либо ввести внешнюю схему для преобразования полного сопротивления полосковой системы к прежнему сопротивлению 50 Ом. В данном приложении для трансформации полного сопротивления используются простые НЧ согласующие цепи.

Сквозные отверстия в печатной плате (PCB) используются для обеспечения заземления по постоянному току и СВЧ-сигналу. В то время как идеальное отверстие представляет собой совершенное заземление, реальное физическое отверстие содержит паразитную индуктивность, сопротивление и емкость на «землю» (рис. 3).

Паразитная емкость — плоскопараллельная емкость между контактными площадками, приблизительно определяется уравнением:

где A — площадь верхней контактной площадкой; ε — диэлектрическая проницаемость в вакууме (8,85×10 –12 Ф/м); εr — относительная диэлектрическая проницаемость; D — расстояние между верхней и нижней контактными площадками.

Эта емкость относительно мала (

Другие статьи по данной теме:

Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.

Как спроектировать печатную плату. Часть 1

Этот пост первый из серии о проектировании печатных плат. Эта часть в основном о деталях, которые необходимо знать и использовать до начала разводки печатной платы (здесь и далее по тексту будет встречаться сокращение ПП), вторая же часть будет главным образом о проектировании самих печатных плат и пост обработке.

Брэдборды хороши для прототипирования и являются очень полезным инструментом, но когда нужно сделать действительно что-то серьезное тут не обойтись без знаний о том как собственно сделать свою печатную плату.
Создание ПП задача не самая простая, но немного упорства и времени, а также данное руководство помогут вам создать свою первую ПП.

Анатомия ПП

Когда вы работает за своим компьютером любая задача кажется абстрактно, однако не стоит забывать, что вы работаете с реальными физическими средами и материалами. Перед тем как начинать изучать проектирование плат неплохо было бы разобраться как они делаются на самом деле.

Разрез ПП для показа внутренних слоев

Если уже знакомы с тем, что и как делается можете смело переходить к следующему разделу.

Материалы для ПП

Сперва разберем какие материалы используются для изготовления. База для ПП изготавливается из сплошного непроводящего материала. Этот материал покрывается слоем меди (или другого металла), который и образует проводящий слой.
Обычно основа это стеклотекстолит, известный как FR-4. Это наиболее часто употребляемый материал, т.к. он огнестоек, дешев и самое главное имеет низкую собственную проводимость.
Для высокопроизводительных схем (RF) используются другие типы материалов, такие как керамика или PTFE. В рамках этих статей мы не будем касаться высокочастотных схем. Когда вы будете отправлять свой дизайн ПП на производство или будете делать плату сами, электрические соединения обычно создаются удалением выбранных участков меди со общего слоя проводника.

Самый дешевый вариант ПП это односторонняя ПП, т.е. на стеклотекстолите используется лишь один слой меди. Если вы собирается изготавливать ПП в домашних условия, то скорее всего это будет односторонняя ПП. Однослойные ПП очень просты в производстве и разработке, но если разводка вашей платы не умещается в один слой вам придется использовать внешние джамперы для электрических соединений, а это уже может быть неудобно на этапе монтажа радиодеталей.
Большая часть коммерческих и хоббийных проектов строится на двухслойных печатных платах. Их использование позволяет разрабатывать более сложные и элегантные решения дизайнов плат.
Чем более сложными становятся конструкции, тем больше дополнительных слоев металлизации требуют ПП. Обычно хватает двух слоев и если нет необходимости добавлять больше слоев, то лучше этого не делать, т.к. многослойные платы дороже при производстве значительно.

Медные дорожки

Как уже писали выше медные дорожки (электрические соединения) создаются путем удаления лишней меди с поверхности металлизированного слоя. Более подробно о важных аспектах электрических соединений будет сказано во второй статье.

Переходные отверстия (Vias)

Один из главных компонентов ПП это переходные отверстия, используются в двух и многослойных платах для электрического соединения одного слоя металлизации с другим.
Переходные отверстия бывают нескольких видов:
1. Сквозные переходные отверстия – наиболее часто используемый вид, отверстие засверливается сквозь всю плату и металлизируется для создания электрического контакта со слоями.
2. Глухие (blind vias) – отверстия, соединяющие наружный слой с одним или несколькими внутренними.
3. Скрытые (buried vias) – переходные отверстия, не выходящие наружу и соединяющие между собой сигналы на внутренних слоях.
4. Микро-via или uVia – микроотверстия или отверстия малого диаметра и малой глубины, выполненные лазером или сверлением с контролем глубины и соединяющие внешний слой с внутренним.
Вот в принципе и все, что нужно знать про переходные отверстия.

Другие вещи

Разберем еще несколько концепция для построения печатных плат и затронем некоторые другие слои ПП, назначение которых нужно понять.
1. Паяльная маска (Soldermask) – если спросить любого человека, что такое плата, он скажет, что это что-то зеленое. Это зеленое и есть паяльная маска, которая выполняет защитные функции для ПП и не позволяет паяльной пасте попадать на нежелательные электрические контакты платы. И кстати, она бывает необязательно зеленого цвета, а практически любого цвета, все зависит от производителя плат.
2. Реперные точки (Fiducials) – это специальная маркировка на плате, которая позволяет системам автоматического монтажа компонентов калиброваться и правильно устанавливать элементы на плату при монтаже. Представляют собой небольшие окружности металла, не закрытые паяльной маской.
3. Шелкография (Silkscreen) – это еще один слой, который наносится на плату при производстве. Шелкография это рисунки на плате, которые дают подсказки пользователю, идентифицируют компонент на плате по размещению или номиналу и другая информация.
4. Медные полигоны (Copper fill) – участки меди, которые подключены электрически к земле или питанию, создание полигонов очень важная часть в проектировании ПП. Полигоны уменьшают шумы устройства, отводят лишнее тепло от мощных активных компонентов.

Читайте также:  Для чего используется муравьиная кислота

Разработка схемы

Перед тем как рассматривать проектирование платы или схемотехнику устройства вы должны определиться с идеей того, что вы хотите разработать. Т.е. нужно просто подумать, что вы хотите собрать и выбрать правильные компоненты для этого.

Определите свои цели

Первый шаг к успешному дизайну устройства — это правильно сформулированные цели того, что вы хотите получить в конце. Вы всегда должны ставить для своего проекта умные цели, что это означает:
— конкретные
— измеряемые
— достижимые
— реалистичные
— ограниченные в времени
Для примера, я начал работать над персональным проектом для собственных нужд. Свет ванной комнате в моей квартире тускл в вечернее время суток, но когда я включаю искусственное освещение свет довольно ярок и не комфортен. Можно было бы купить лампу меньшей мощности, но допустим их нет в продаже или меньше уже некуда. И я решаю сделать свою лампу, которая будет изменять цвет и яркость и контролироваться беспроводным способом.
Звучит довольно круто. Пока идея не вышла из головы садимся за компьютер и начинаем планировать. На данном этапе мои цели очень широки:
— лампа должна быть мультицветовой
— регулируемая яркость
— беспроводной контроль
Ни одна из этих целей не специфична для проекта. Что подразумевается под мультицветностью? Два, три или любое количество цветов? Что такое регулируемая яркость? Беспроводное управление каким способом? Wifi, Zigbee, Bluetooth или может быть голосом? Все способы возможны.
Немного переформулируем наши цели, чтобы они стали умными:
— Непрерывно регулируемые RGB светодиоды высокой яркости, закрытые акриловым покрытием для равномерного рассеивания света.
— Контроль яркости, который позволит мне выбрать любую яркость от полностью выключенного состояния до максимальной яркости светодиодов.
— Bluetooth Low Energy 4.0 интерфейс, для контроля параметров с iOS и Android девайсов.
Теперь все наши цели вполне конкретны и реализуемы.

Визуализируйте ваш концепт

Теперь у вас есть ясная идея вашего проекта, время начать проектирование. Перед тем как начинать искать компоненты и чертить схемы я предлагаю разработать ясную картину того, как ваш проект должен функционировать. Т.е. нам нужно нарисовать функциональную схему устройства, что с чем связано и как работает.

Пока что вы не знаете какой источник питания нужен или какие должны быть коннекторы на плате, но вы уже знаете, как компоненты будут соединены друг с другом и какие дополнительные компоненты понадобятся в проекте.
Это хороший момент рассмотреть эстетический аспект вашего дизайна. Вы хотите вместить плату в определенный форм-фактор? Нужно ли учитывать эргономику? Будете ли вы в состоянии открыть свой проект через год и понять что как работает? Эти казалось бы незначительные детали отличают хорошее проектирование от очень хорошего.

Выбор компонентов

Возможно это самый утомительный шаг в процессе проектирования, но он ключевой для успеха проекта. От выбора правильных компонентов зависит закончите ли вы проект успешно или откажетесь от него в отчаянии.
Производители интегральных микросхем много работают, чтобы создать наиболее функциональные компоненты по самой минимальной цене, но все же не все компании равны в этой гонке, особенно это заметно, когда речь заходит о простоте использования компонентов.
Выбирая реди миллионов различных компонентов, предлагаемых на рынке, очень трудно дать полное руководство по выбору, но я могу представить несколько советов, которые помогут выбрать наилучшие компоненты для вашего применения.
1. Проверяйте наличие. Самое последнее, что вы бы хотели сделать это отложить ваш проект на несколько недель или даже месяцев только из-за того, что ключевой компонент вашего проекта отсутствует в наличии у продавца. Выбирайте компоненты, которых в избытке в наличии и они доступны у разных дистрибьюторов.
2. Учитывайте цикл производства ваших компонентов. Иногда случается, что компоненты снимают с производства и возможно через короткий промежуток времени вам придется вносить изменения в проект, однако, если ваше устройство будет в единичном экземпляре, то это не играет ощутимой роли.
3. Используйте фильтры по компонентам. Многие интернет-магазины предоставляют на сайте очень функциональные фильтры по параметрам компонентов, а также по стоимости и наличию, используйте их, подбирайте компоненты с оптимальными для вас параметрами, а потом фильтруйте их по стоимости.
4. Помните о минимальном количестве. Многие компоненты продаются лишь минимально допустимыми партиями, например, начиная от 1000 штук.
5. Выбирайте правильный корпус. Обращайте внимание при выборе компонентов на корпус, в котором он выпускается, не стоит покупать компонент, который вы потом не сможете впаять.
6. Изучите компонент. Перед покупкой обязательно изучите документацию на компонент, чтобы в будущем не возникло проблем с его применением в проекте.
После того, как все компоненты выбраны, можно заказывать их. Лично мне нравится заказывать через интернет-магазины, например, mouser.com или digikey.com. Это, конечно, сугубо мои предпочтения. Если вы знаете других актуальных поставщиков можете написать о них в комментариях.

Зарисуйте ваши соединения

Финальный этап перед началом работы с софтом это перенести некоторые ключевые моменты проекта на бумагу. Наиболее подходящий вариант для этого разрисовать каждый блок раздельно на разных страницах блокнота. Также можете сделать все необходимые примечания, что как работает и за что отвечает тот или иной пин. Также внесите дополнительную информацию, которая понадобится в процессе проектирования, например, бывает утомительно каждый раз искать в даташите адреса I2C микросхемы, внесите их в блокнот.

После того как вы закончили все записи можно переходить к процессу проектирования непосредственно печатной платы. Об этом в следующей части руководства.

Данная статья перевод с дополнениями для сайта radiotech.kz

Заходите в наш чат Telegram, здесь всегда есть, что обсудить.

NI AWR Microwave Office

Преимущества:

Быстрый старт проекта
Производительные инструменты синтеза фильтров, смесителей, линий передачи и согласующих цепей, и мастер согласования нагрузки для проектирования усилителей мощности обеспечивают эффективную поддержку проекта на каждом из этапов разработки.

Мультифункциональные методы моделирования
Быстрые и высокоточные методы моделирования обеспечивают полноценный анализ схемы и возможность более глубокого понимания особенностей проекта благодаря разнообразному набору измерений в частотной и временной областях, необходимых для точной оценки и оптимизации разрабатываемых устройств.

Проектирование в реальных условиях
Обширные наборы высокочастотных моделей распределенных линий, компонентов поверхностного монтажа и библиотеки моделей от ведущих производителей монолитных и радиочастотных интегральных схем обеспечивают беспрецедентную точность моделирования на уровне реально создаваемых устройств.

Особенности:

Интеллектуальное проектирование
Тесная интеграция редактора топологии, схемотехнического интерфейса и обширной библиотеки моделей РЧ-компонентов позволяет разработчикам не только получить невероятную точность моделирования электрических схем и их топологий, но и просто визуализировать создаваемую конструкцию перед отправкой на производство. Благодаря параметрическому управлению и поддержке иерархии проектов становится возможным создание сложных структур, в том числе и на основе пользовательских блоков, а также эффективная оптимизация и повторное использование ранее созданных схем.

Интуитивное моделирование
Оценить ключевые характеристики радиочастотных и СВЧ-цепей можно при помощи линейного моделирования в частотной области для пассивных компонентов и анализа целостности сигналов, а для нелинейных схем (усилителей мощности, смесителей или генераторов) применить симулятор APLAC, позволяющий проводить моделирование переходных процессов и симуляции по методу гармонического баланса. В APLAC встроена технология Multi-Rate Harmonic Balance™ (MRHB), позволяющая моделировать схемы большого размера с высокой степенью нелинейности значительно быстрее по сравнению со стандартными методами.

Разработка под производство
Microwave Office предлагает передовой инструмент полноценного проектирования монолитных интегральных схем СВЧ-диапазона, обеспечивающий успешный результат разработки благодаря иерархической структуре платформы, что позволяет точно оценить электрические характеристики различных интегральных схем и печатных плат, сложных многослойных межсоединений, встроенных пассивных компонентов и устройств поверхностного монтажа, используемых практически во всех современных многокристальных радиочастотных модулях.

КЛЮЧЕВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:

  • Схема и топология – ввод данных с использованием лучших в отрасли алгоритмов подстройки.
  • APLAC – линейное и нелинейное моделирование схем.
  • ЭМ анализ – встроенный планарный и 3D анализ на основе симуляторов AXIEM и Analyst.
  • Load Pull – передовой анализ согласования нагрузок.
  • Анализ стабильности – линейный и нелинейный.
  • DRC/LVS – контроль проектных норм и анализ соответствия топологии схеме.
  • TX-LINE – интерактивный калькулятор линий передачи.

Области применения:

  • усилители;
  • фильтры;
  • антенны;
  • генераторы;
  • смесители, умножители, преобразователи частот;
  • переключатели и управляющие цепи;
  • ответвители, делители/сумматоры, аттенюаторы.

Модули для разработки РЧ/СВЧ устройств и печатных плат

MWO_166Линейное моделирование в Microwave Office:

топология, iNets, Analyst

NI AWR Design Environment (ввод схемы, подстройка, оптимизация, анализ методом Монте-Карло, работа с топологией (редактирование, экспорт в DXF, GDSII, Gerber и импорт в DXF и GDSII)), iNets – интеллектуальный трассировщик, линейный симулятор, 3D ЭМ-симулятор Analyst (2D/3D редактор и моделирование по методу конечных элементов), интерфейс EM Socket (обмен данными с HFSS, CST и Sonnet).

  • Пассивные устройства: фильтры, сумматоры мощности, т.п.
  • Многослойные структуры: низко- (LTCC) и высокотемпературная (HTCC) керамика, многослойные печатные платы, т.п.
  • Антенны и объемные устройства: печатные антенны, 3D антенны, волноводы, коннекторы, т. п.
MWO_146Линейное моделирование в Microwave Office:

топология, iNets, AXIEM

NI AWR Design Environment (ввод схемы, подстройка, оптимизация, анализ методом Монте-Карло, работа с топологией (редактирование, экспорт в DXF, GDSII, Gerber и импорт в DXF и GDSII)), iNets – интеллектуальный трассировщик, линейный симулятор, 2.5D ЭМ симулятор EMSight, 3D планарный ЭМ-симулятор AXIEM: технологии прямого и быстрого расчета, поддержка до 8 ядер и 64-разрядных систем (включает 1 лицензию модуля предобработки).

  • Пассивные устройства: фильтры, сумматоры мощности, т. п.;
  • Многослойные структуры: низко- (LTCC) и высокотемпературная (HTCC) керамика, многослойные печатные платы, т.п.
  • Антенны и объемные устройства: печатные антенны.
MWO_186Линейное моделирование в Microwave Office:

топология, iNets, AXIEM, Analyst

MWO-146 + 3D ЭМ симулятор Analyst (2D/3D редактор и моделирование по методу конечных элементов), интерфейс EM Socket (обмен данными с HFSS, CST и Sonnet).

  • Пассивные устройства: фильтры, сумматоры мощности, т.п.
  • Многослойные структуры: низко- (LTCC) и высокотемпературная (HTCC) керамика, многослойные печатные платы, т.п.
  • Антенны и объемные устройства: печатные антенны, 3D антенны, волноводы, коннекторы, т. п.
MWO_246Microwave Office для МИС и печатных плат:

ГБ анализ, AXIEM, топология, iNets

MWO-146 + нелинейные симуляторы на основе метода гармонического баланса (HB и APLAC HB).

  • Активные устройства: усилители, смесители, т.п.
  • Пассивные устройства: фильтры, сумматоры мощности, т. п.
  • Многослойные структуры: низко- (LTCC) и высокотемпературная (HTCC) керамика, многослойные печатные платы, т. п.
  • Антенны и объемные устройства: печатные антенны
MWO_286Microwave Office для МИС и печатных плат: ГБ анализ, EMSight, AXIEM, Analyst, топология, iNetsMWO-146 + нелинейные симуляторы на основе метода гармонического баланса (HB и APLAC HB), 3D ЭМ-симулятор Analyst (2D/3D редактор и моделирование по методу конечных элементов), интерфейс EM Socket (обмен данными с HFSS, CST и Sonnet).
  • Активные устройства: усилители, смесители, т. п.
  • Пассивные устройства: фильтры, сумматоры мощности, т. п.
  • Многослойные структуры: низко- (LTCC) и высокотемпературная (HTCC) керамика, многослойные печатные платы, т. п.
  • Антенны и объемные устройства: печатные антенны, 3D антенны, волноводы, коннекторы, т. п.

Модули для разработки GaAS и GaN монолитных ИС СВЧ-диапазона (MMIC)

MWO_248Microwave Office для MMIC: ГБ анализ, EMSight, AXIEM, топология, iNets, DRC, LVS, доступ к PDK MMICMWO-146 + нелинейные симуляторы на основе метода гармонического баланса (HB и APLAC HB), DRC – контроль проектных норм, проверка связности топологии, LVS – инструмент параллельного контроля соответствия топологии схеме, библиотеки PDK для разработки MMIC.Усилители, фазовращатели, аттенюаторы, многофункциональные МИС на основе технологии монолитных СВЧ ИС на GaAs и GaN.MWO_288Microwave Office для MMIC: ГБ анализ, EMSight, AXIEM, Analyst, топология, iNets, ACE, DRC, LVS, библиотеки

MWO-146 + нелинейные симуляторы на основе метода гармонического баланса (HB и APLAC HB), DRC – контроль проектных норм, проверка связности топологии, LVS – инструмент параллельного контроля соответствия топологии схеме, библиотеки PDK для разработки MMIC, 3D ЭМ симулятор Analyst (2D/3D редактор и моделирование по методу конечных элементов), интерфейс EM Socket (обмен данными с HFSS, CST и Sonnet).Усилители, фазовращатели, аттенюаторы, многофункциональные МИС, на основе технологии монолитных СВЧ ИС на GaAs и GaN, а также проволочные выводы, корпуса ИС.MWO_449Microwave Office для MMIC и модульных систем: временной/ГБ анализ, AXIEM, топология, iNets, ACE, DRC, LVS, библиотеки

MWO-146 + нелинейные симуляторы на основе метода гармонического баланса (HB и APLAC HB), DRC – контроль проектных норм, проверка связности топологии, LVS – инструмент параллельного контроля соответствия топологии схеме, библиотеки PDK для разработки MMIC, симулятор во

временной области APLAC (APL-100), ACE – автоматический экстрактор цепей (ACE-100).

Ссылка на основную публикацию