החברות Modelithics ו-Mini-Circuits משתפות פעולה כדי ליצור מודלים גלובליים של גלי מיקרו Microwave Global ModelsTM עבור משפחות המנחתים YAT ו-RCAT של Mini-Circuits בהתקנה משטחית לפס הרחב. מנחתים אלו יכולים לשמש על מנת להוריד את רמות האותות, להרחיב את הבידוד או לשפר את תיאום העכבות ואת הביצועים של הפסדי ההחזרה. את הסדרה YAT במארזי QFN העשויים פלסטיק ואת הסדרה RCAT בחללים קרמיים (ceramic cavity) אטומים, אפשר לקבל בעקבת מעגל זעירה של 2 מ”מ 2 מ”מ. המפתח לגודל הזעיר ולאחידות המצוינת של המנחתים מסדרת YAT ו-RCAT של Mini-Circuits ולהספק של 2 ואט טמון בתהליך הייצור של המוליך למחצה, GaAs, עם חורי מעבר מצופים נחושת בפרוסה, אשר יוצרים התנגדות חום נמוכה ומאפשרים פעולה בפס הרחב. טווח הערכים הזמין נע בין 0dB לבין 30dB והרכיבים האלו מתואמים היטב ל-50 אוהם על פני טווח המפרט כולו ממתח ישר עד ל-18/20 ג’יגה הרץ.
-
- איור 2: שלוש צורות שונות של הארקה נראות בקו תמסורת GCPW (משמאל), מיקרו-סטריפ (מימין למעלה), ומיקרו-סטריפ עם הארקה רחבה (מימין למטה). מתוכננות עבור מקבעים על מצע 10mil מסוג 4350B של Rogers.
-
- איור 3: השוואה של נתוני מדידה של מדידות של מיקרו-סטריפ (באדום), מיקרו-סטריפ עם “הארקה רחבה” (בכחול) ומדידות של קו תמסורת GCPW (בירוק) עבור מנחת YAT ל-3dB (עליון) ול-10dB (תחתון). נתונים לגבי מצע 4350B של Rogers בגודל 10mil (משטחי הייחוס נמצאים בשולי פד החיבור-‘איון’). קו מקווקו מסמן את גבול המפרט של של 18 ג’יגה הרץ.
-
- איור 1: ערכים זמינים של משפחות מנחתים בסדרה RCAT (מימין) ובסדרה YAT (משמאל).
על אף שמנחתים אלו מוגדרים לשימוש עד 18/20 ג’יגה הרץ עבור אותן קונפיגורציות, נתוני מדידות ומודלים שהגיעו מחברת Modelithics מעידים על ביצועים מצוינים בפס הרחב, במקרים מסוימים, עד 30 ג’יגה הרץ. המודלים הגלובליים לגלי מיקרו המודגמים במאמר זה בעזרת התוכנה למערכת התכנון המתקדמת Keysight, מבוססים על מעגלים שקולים, והם פותחו על מנת ללכוד ביצועי רכיבים בעקבות מעגל של קו תמסורת קופלנארי (מישורי) מוארק (GCPW) ובעקבות מעגלי מיקרו-סטריפ. לא רק שהערך של הנחתת המודלים ניתנת לשדרוג (איור 1), אלא שבגרסאות המיקרו-סטריפ של המודל אפשר לשדרג גם את המצע. המשמעות היא שבעזרת מודל גלובלי יחיד לגלי מיקרו, המתכנן יכול לבצע הדמיה של משפחה שלמה של רכיבים, לבצע ניסויים על השפעות תצורת המצע וההארקה, ולבחור בערך המנחת המתאים לו ביותר.
בנוסף, הודות לתמיכה של Mini-Circuits כחלק מתוכנית השותפים היצרנים של Modelithics, כל המודלים של המנחתים הנדונים כאן זמינים להורדה ללא עלות מאתר האינטרנט של Modelithics. מודלים אלו של המנחתים נכללים גם ללא עלות בספריית המודלים SELECT+ של Modelithics.
-
- איור 4: השפעות המצע על ביצועי המנחת. נתונים בתצורת מיקרו-סטריפ של מנחת YAT ל-10dB: אדום – מצע 4350B של Rogers בגודל 4mil, כחול – מצע 4350B של Rogers בגודל 10mil, ירוק – מצע 4003C של Rogers בגודל 60mil. קווים מלאים – נתוני מודל, סמלים – נתונים שנמדדו.
-
- איור 5: המודל הופק על מנת לערוך השוואה במדידות בין מנחת RCAT על מצע GCPW או בהצבת רכיבים “בהארקה רחבה” ל-30 ג’יגה הרץ (בחלק העליון), לעומת ביצועים במיקרו-סטריפ בהארקה קטנה ל-10 ג’יגה הרץ (בחלק התחתון). הנתונים מוצגים במצע 4350B של Rogers בגודל 4mil. אדום – מנחת של 0dB כחול – מנחת של 12dB, ירוק – מנחת של 30dB, קווים מלאים – נתוני המודל, סמלים – נתונים שנמדדו.
ההשפעות של מערך הצבת הרכיבים והמצע על הביצועים
מערך הצבת הרכיבים ממשיך להיות בעל היבט קריטי על תכנון המעגל. להחלטות שנראות פשוטות לכאורה, כגון בחירת לוח המעגל והארקת רכיבים, יכולה להיות השפעה רבה מאוד על ביצועי הפס הרחב. בעת יצירת שני המודלים של המנחתים, נחקרו שלוש תצורות הארקה שונות – קו תמסורת GCPW, מיקרו-סטריפ ומיקרו-סטריפ עם “הארקה רחבה” (איור 2). תצורת ההארקה במיקרו-סטריפ יכולה להיות בעלת יתרון כאשר יש עדיפות למזעור הגודל והקטנת המורכבות של הצבת הרכיבים. ואולם, כפי שאפשר לראות בהשוואת הביצועים באיור 3, הביצועים של הצבת הרכיבים במיקרו-סטריפ מתדרדרים במהירות מעבר ל-6 ג’יגה הרץ. ראוי לשים לב שאפשר להרחיב את הטווח השמיש של המנחתים על ידי שימוש בהצבת רכיבים בסגנון GCPW ובסגנון מיקרו-סטריפ עם “הארקה רחבה”. שניהם מספקים ביצועי פס רחב דומים מאוד.
בדומה להבדלים בביצועים שנראו בעקבות צורות מערך שונות של הארקה, גם לשינוי פשוט של המצע שעליו מותקנים החלקים יכולה להיות השפעה עצומה על הביצועים שנצפו. איור 4 מראה את השינויים בביצועים של מנחת YAT ל-10dB בתלות בסוג מצע Rogers ששימש להצבה. הפסדי ההחזרה והפסדי המעבר הטובים ביותר נראו בעת שימוש במצע 4350B של Rogers בגודל 4mil, אם כי אפשר לראות ירידה בביצועי הפס הרחב ככל שגובה המצע גדל. סביר להניח שהסיבה לכך היא העלייה בהשראות של חורי המעבר, בד בבד עם הגידול בעובי המעגל.
פרטי המודל
ארבעה מודלים נפרדים פותחו כתוצאה ממאמץ משותף זה: GCPW , GCPW , למיקרו-סטריפ ו-YAT למיקרו-סטריפ. המודלים לקו תמסורת GCPW עברו תיקוף ל-30 ג’יגה הרץ והם תקפים גם למערך הצבת רכיבים במיקרו-סטריפ עם “הארקה רחבה”, מפני שתוצאות המדידות היו באופן מעשי זהות. המודלים למיקרו-סטריפ מתוקפים ל-10 ג’יגה הרץ ומיועדים לשימוש ביישומים שבהם יש צורות הצבת רכיבים שמרניות מבחינת המקום ולתדירות נמוכה. מודלים אלו יוצרים אמולציה מדויקת של כל ערכי המנחתים שבמשפחה, לוכדים את ההשפעות של תצורות ההצבה על הביצועים המוצגים, והם תקפים עבור טווח רחב של מצעים. דוגמה של מודל מצוין עם הסכמה לגבי המדידות שהתקבלו על ידי שני המודלים, לקווי תמסורת GCPW ולמיקרו-סטריפ אפשר לראות באיור 5.
סיכום
המנחתים בסדרה YAT ובסדרה RCAT של Mini-Circuits מקיפים את טווח המנחתים שבין 0dB עד 30dB והם בעלי יכולת ביצועים לפס הרחב, ממתח ישר עד 18/20 ג’יגה הרץ ויותר. עם זאת, ההחלטות לגבי הצבת הרכיבים ובחירת הלוח יכולות להשפיע במידה רבה ביותר על ביצועים אלו. אי לקיחה בחשבון, באופן מלא, את ההשפעות שיש להצבת הרכיבים או למצע יכולה להוביל לירידה בביצועים ויכולה אפילו להוביל לאי עמידה בדרישות מפרטי התכנון. זה המקום שבו תכנון מבוסס הדמיה והגמישות והדיוק של מודלים גלובליים לגלי מיקרו (MGM) הופכים להיות חלק בלתי נפרד מערכת הכלים של המתכנן. כעת אפשר לקבל ללא עלות מודלים להדמיה מדויקת עבור מנחתים אלו שערכיהם יכולים להיות בהתאמה עם סוג המצע וערך החלק והם עונים על תצורות מרובות של הצבת רכיבים.
מאמר זה הופיע לראשונה בגיליון מרץ 2016 של Microwave Product Digest.
