At Unixplore Electronics Co., Ltd., urteak eman ditugu abangoardianradar detektagailua PCBAfabrikazioa. Bezeroekin automozioko, segurtasuneko eta industriako sentsazio-aplikazioetan lan eginez, erronka bat ikusi dugu behin eta berriz ingeniaritza-talde esperientziatuenak ere gainditzen dituena: laneko erreferentzia-diseinuaren eta mundu errealean etengabe funtzionatzen duen produkziorako prest dagoen PCBA baten arteko hutsune etsigarria.

Ziurrenik han egon zara. Erreferentzia-taulak ederki funtzionatzen du laborategian. Zure PCB pertsonalizatua? Detekzio-tarte laburragoa. Unitatez unitateko aldakuntza basatia. Edo okerrago: EMC ziurtagiriaren hutsegiteek hasierara itzultzen zaituzte.

Arazo hauek ez dira zorte txarrak. Maiztasun handiko zirkuituak eskalan diseinatzeko eta fabrikatzeko behar dena gutxiestearen emaitza aurreikus daitekeena dira. Radar Detector PCBA fabrikatzaile dedikatu gisa dugun esperientzia praktikotik abiatuta, benetako erronketan zehar emango dizugu eta, are garrantzitsuagoa dena, horiek nola konpondu erakutsiko dizugu, urratsez urrats.

Erroko kausak: zergatik Radar PCBA-ek errendimendu gutxi dute

Radar PCBA batek mikrouhinen maiztasunetan funtzionatzen du: 24GHz, 60GHz edo 77GHz. Maiztasun horietan, PCB substratuak interkonexio pasibo izateari uzten dio eta RF zirkuituaren zati aktibo bihurtzen da. Oinarrizko aldaketa honek maiztasun baxuagoetan existitzen ez diren huts moduak sartzen ditu.

Hona hemen proiektuak behin eta berriz kentzen ikusi ditugunak:

• Batch-to-Batch inkoherentzia: diseinu-fitxategi berdinak erabiliz, ekoizpen-lan ezberdinek % 10-15eko ADC anplitudearen aldakuntzak sor ditzakete. Fabrikazio-perdoietan (arrastoaren zabalera, kobre-tartea eta konstante dielektrikoaren (Dk) fluktuazioen) trazatu dugu, RF traza-inpedantzia zuzenean aldatzen dutenak. Prozesuaren kontrol zorrotzik gabe, zure taula "berdinak" ez dira berdin funtzionatuko.

• Ohiko taulak eta erreferentzia diseinuak: txipa berdina da. Konfigurazioa berdina da. Hala ere, zure taularen detekzio-angelua ebaluazio-moduluarena baino nabarmen estuagoa da. Gure esperientziaren arabera, radar txiparen (batez ere AIP —Antenna-in-Package— gailuen) eta PCB lurreko planoaren arteko RF isolamendu txarra adierazten du. Lur-geruzak energia islatzen edo birradiatzen amaitzen du, erradiazio-eredua desitxuratuz.

• EMC/EMI Ziurtagiriaren Amesgaiztoak: Radar produktuek FCC, CE eta beste arau arau batzuk gainditu behar dituzte. EMC/EMI lehen egunetik diseinuan sartzen ez badira, berritze konponketak garestiak dira eta askotan desegokiak dira. Azken orduko "konponketak" gauzak okertu baino ez dituen proiektu batzuk baino gehiago erreskatatu ditugu.

• Eremuko hutsegiteak: laborategiko proba guztiak gainditzen dituen taula batek oraindik huts egin dezake eremuan. Tenperatura-aldaketak, bibrazioak, elikatze-horniduraren zaratak eta hezetasunak bankuko probek inoiz harrapatzen ez dituzten ahultasunak agerian uzten dituzte. Horregatik, ingurumenaren fidagarritasuna diseinuaren eta probaren estrategiaren parte izan behar da hasieratik.

Radar detektagailu fidagarri bat eraikitzeko gure urratsez urratseko gida

Urteetan zehar, diseinatutako moduan funtzionatzen duten radar PCBAk etengabe eskaintzen dituen ikuspegi sistematiko bat garatu dugu, lotez lote. Hona hemen gure jolas liburua.

1. urratsa: Aukeratu substratu egokia - Ez da aukerakoa

Uhin milimetrikoko maiztasunetan, substratuaren hautaketa egin edo apurtu egiten da. FR-4 estandarra? 100MHz-rako ondo dago. 24 GHz-tik gorako abiaduran, bere galera handiko ukitzailea (Df) eta konstante dielektriko ezegonkorra (Dk) zure errendimendua oztopatuko dute.

Zer bilatzen dugu:

• Dk (Konstante dielektrikoa) – Inpedantziaren koherentzia zehazten du. Hemen aldakuntzak errendimenduaren aldakuntza esan nahi du.

• Df (Dissipazio-faktorea) – Df handiagoak txertatze-galera handiagoa da. Maiztasun altuetan, diferentzia txikiek ere garrantzia dute.

• Gure material gomendioak:

• Rogers 4350B (Dk 3,5, Df 0,0037) - 24 GHz eta 77 GHz-eko diseinuetarako gomendagarria. RF errendimenduaren eta kostu-eraginkortasunaren oreka bikaina.

• Rogers 4003C (Dk 3.4, Df 0.0027) - Galera txikiagoa, lote batetik bestera egonkortasun bikaina. Ideala koherentzia zure lehentasun nagusia denean.

• Rogers RO3003 (Dk 3.0, Df 0.0013) - Uhin milimetrikoen aurrean zorrotzenen galera oso txikia.

Kostuei begirako ikuspegia: Aurrekontu-murrizketak dituzten proiektuetarako, sarritan pilaketa hibridoak gomendatzen ditugu: maiztasun handiko materialak erabiltzea (Rogers adibidez) RF-ko geruza kritikoetan soilik, FR-4 beste leku batean. Funtzionatzen du, baina fabrikazio-prozesua arretaz ebaluatu behar da.

Gure lantegiko profesionalen aholkua: Maiztasun handiko material hauen ohiko stocka mantentzen dugu. Hau ez da erosotasuna soilik: epeak laburtzen ditu eta materialaren aldakortasuna ezabatzen du eskaera batetik bestera.

2. urratsa: Diseinua menperatu - RF diziplina bat da, ez misterio bat

RF diseinua askotan magia beltza bezala sentitzen da. Baina diziplina eta esperientziarekin, aurreikus daitekeen zientzia bihurtzen da. Hona hemen inoiz hautsi ez ditugun arauak:

• Inpedantzia-kontrol zorrotza: RF arrastoak 50Ω bakarrean kontrolatu behar dira (100Ω diferentziala). % ±8 tolerantzia dugu helburu, industria estandarra baino % ±10 estuagoa. Horretarako, zure PCB fabrikatzailearekin lankidetza estua behar da eta, batez ere, inpedantzia-probaren txostenak lote bakoitzeko.

• Desakoplatzeko kondentsadoreak ahalik eta hurbilen joan: Radar txipek konpentsaziorako kanpoko kondentsadoreak behar dituzten LDOak erabiltzen dituzte. Jarri txapel hauek BGA bolen ondoan. Nahiz eta milimetro gehigarriko arrastoaren luzera gehitzen duten parasito-induktantzia gehitzen du, energia emateko sarea ezegonkortzen duena. Txapel alferrak jartzeak eragindako huts "misterio" gehiago arazketatu ditugu zenbatu ditzakegunak baino.

• Inoiz ez zatitu lur-planoa: lurreko planoa etengabea eta etenik izan behar da RF sekzioen azpian. Lur-plano zatitu batek itzulera-bide luzeagoa eta induktiboa sortzen du, eta okerragoa dena, zarata igortzen duen antena bat bezala jokatzen du. Seinaleak lurreko planoan zehar bideratu behar badituzu, pentsatu bi aldiz. Normalean, ez zenuke behar.

• Potentzia-arrastoek korrontea segurtasunez eraman behar dute: oinarrizkoa dirudi, baina aldizka 1A-ko potentzia-arrastoak estuegiak diren diseinuak ikusten ditugu. Gure araua: erabili gutxienez 16 mil (0,4 mm) zabalera 1A korronterako. Meheagoa denak tentsio jaitsiera eta arazo termikoak sartzen ditu.

• AIP antenaren isolamendua: zure radar txipak Antenna-in-Package (AIP) diseinua erabiltzen badu, arreta berezia jarri antena eta PCB lurreko planoaren arteko sakeari. Lehen lurreko geruzaren altuera handitzeak edo egitura parasitoak gehitzeak zure erradiazio-eredua desitxuratzen duten lurreko planoko islak nabarmen murrizten ditu.

3. urratsa: Diziplinaz fabrikatzea - ​​Koherentzia dena da

Diseinu bikain batek ez du ezertarako balio fidagarritasunez fabrikatu ezin baduzu. Hemen estropezu egiten dute proiektu askok, eta ekoizpen-gaitasun aurreratuetan dugun inbertsioa ordaintzen da.

Gure fabrikazio estandarrak:

• SMT/DIP gaitasun aurreratua: 0201 pasiboak eta 0,4 mm-ko BGA/QFN paketeak kudeatzeko hornituta gaude. Zure fabrikatzaileak ezin badu hau egin, alde egin.

• IPC betetzea: IPC-6012 (PCB zurrunaren kualifikazioa) eta IPC-A-610 (multzo elektronikoen onargarritasuna) oinarri negoziaezin gisa jarraitzen ditugu.

• % 100 RF Functional Testing (FCT): Hau funtsezkoa da. AOI eta IKT-ek soldadura eta konektibitate arazoak hartzen dituzte, baina ez dute RF errendimendua neurtzen. Plaka bakoitza probatzen dugu detekzio-eremua, sentikortasuna eta seinalearen indarra. Horrela atzematen eta kentzen ditugu lote batetik bestera oholak bidali aurretik.

Bateriaren bidezko diseinuetarako energia-kudeaketa: sarraila, sentsore eta IoT radar detektagailu adimendunetarako, lo-moduko energia-kontsumoa funtsezkoa da borroka-eremua. Gure diseinuek PMIC-ak aprobetxatzen dituzte lasaitasun-korronte oso baxuarekin eta arreta handiz optimizatutako potentzia-topologiak mikroanplifikazio-mailako lo-korronteak lortzeko.

4. urratsa: Ikasi besteen akatsetatik eta gure esperientziatik

Ez duzu zuk zeuk egin behar akats guztiak. Hona hemen milaka radar proiektuetatik ikasi duguna:

• Hasi erreferentzia-diseinuarekin, baina ulertu zergatik funtzionatzen duen: TI, Infineon, NXP eta beste batzuen erreferentzia-diseinuak arrazoi batengatik existitzen dira. Frogatuta daude. Gure abiapuntutzat hartzen ditugu, ez iradokizun gisa. Aldaketak proposatzen ditugunean —isolatzaile bat gehitu edo kondentsadorearen balioa aldatu—, aldaketa bakoitza simulazio eta prototipoen probarekin balioztatzen dugu.

• Kontuz aldaketa "txikiekin": SPI linea batean 12pF desakoplatzeko kondentsadorea gehitzeak ADC anplitude anomaliak eragiten zituen diseinu bat ikusi genuen. Erroko kausa? Lurraren errebotea eta txapela jartzea, ez kondentsadorea bera. Ikasgaia: tratatu aldaketa guztiak esanguratsu gisa kontrakoa frogatu arte.

• Zalantzarik baduzu, hasi modulu batekin: zure taldea RF diseinuan berria bada, kontuan hartu radar-modulu batekin hastea (ICL1112 edo antzekoan oinarritutako 24 GHz-ko diseinuak adibidez). Modulu hauek antena, RF front-end eta oinarrizko bandako erronkak konpondu dituzte dagoeneko. Zure sisteman integra ditzakezu arrisku askoz txikiagoarekin.