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PCB "colabrodo", perché?

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[21] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 21 nov 2018, 18:23

il "bowtie filter" è semplicemente un passabasso, nella pagina wiki già linkata

https://en.wikipedia.org/wiki/Distribut ... ent_filter

vedete nella figura 5 una realizzazione meno "bella" ma equivalente. La "farfalla" altro non è che uno "stub" che trasforma il circuito aperto all'estremità in un corto al centro, la forma a farfalla aumenta la banda utile del componente e infatti di solito viene usata nei circuiti di alimentazione più che nei filtri.

La domanda iniziale sul "gruviera" ha già avuto risposte, aggiungo che a livello fisico i fori metallizzati servo anche a evitare che il segnale alta frequenza (dal GHz in su) si possa "infilare" tra i piani di massa e scavalcarli andando a interferire nei circuiti adiacenti.

Si può fare anche il contrario: due file di fori metallizati a una certa distanza creano una guida d'onda, le cui pareti sono le metallizzazioni superiore e inferiori e le due file di fori.

Infatti nel circuito iniziale i fori sono molto ravvicinati e sfalsati tra loro
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[22] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 21 nov 2018, 20:05

Pur non essendo esperto in nessun campo, ogni tanto mi capita di leggere. :mrgreen:
L'argomento non e' proprio in linea con quello in oggetto, ma permette ugualmente di identificare i fenomeni elettromagnetici in gioco.

Qui sotto trovate una possibile rappresentazione

hole_signal_via.png


estrapolata da questo articolo.

Ci sono altri articoli, molti sono pubblicazioni IEEE.

Ho provato a cercare, ma non riesco a trovare un articolo adatto e in linea con questo 3D.
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[23] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 22 nov 2018, 13:06

provo ad aggiungere qualche considerazione anche se basata su esperienza personale, limitata e "datata".

Io mi sono laureato in ing elettronica indirizzo Telecomunicazioni a Milano, primi anni 90.

Il Poli era all'avanguardia nel campo delle microonde, ma soprattutto nell'ambito di filtri e dispositivi passivi, sui quali era ed è più semplice fare calcoli basati su teoria e formule.
Di conseguenza ben poco fu studiato sui circuiti planari: ci si limitava alle varie linee di trasmissione fatte a livello teorico, e pochi esempi di componenti pratici (stub, accoppiatori, circolatori ecc).

Il grosso delle competenze veniva quindi acquisito sul campo.

Fino a fine anni 90 i circuiti a microonde erano realizzati essenzialmente su substrati "duri" e costosi come l'allumina, che garantivano precisioni di realizzazione sufficienti.

Poi è arrivata una fortissima spinta alla riduzione costi, e grazie all'arrivo di potenti simulatori 2D, 2D e 1/2 e 3D è iniziata una "rivoluzione" che ha stravolto la progettazione.

Quella che a voi sembra un'opera d'arte in realtà per i progettisti è poca cosa: tecnologie e simulatori hanno fatto diventare componenti di acquisto (cioè integrati) quelli che prima erano circuiti molto complessi e sviluppati interamente dai progettisti: mixer, stadi di amplificazione, moltiplicatori ecc ecc.
I circuiti su allumina erano REALMENTE opere d'arte, anche perché il costodel substrato portava a ripiegamenti e altri accorgimenti, spesso con una loro simmetria esteticamente piacevole.

Questo non per sminuire la piastra oggetto del 3d, ma per evidenziare che quella piastra contiene funzioni che un tempo erano realizzate con circuiti a "parametri distribuiti" ingombranti (e belli) e non con un solo integrato.
Quella piastra è alla base di strumenti che offrono opzioni e misure impensabili da accorpare in un solo strumento anni fa.

E' sicuramente bella, ma le parti "belle" sono le poche rimaste in vista: accoppiatori direzionali, qualche filtro, insomma dispositivi "accessori".
La gran parte delle funzioni a microonde sono in realtà progettate "altrove" contenute negli integrati visibili lungo le microstrisce.
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[24] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 22 nov 2018, 13:45

richiurci ha scritto:Fino a fine anni 90 i circuiti a microonde erano realizzati essenzialmente su substrati "duri" e costosi come l'allumina, che garantivano precisioni di realizzazione sufficienti.


Tempo fa ho visto un video sulla realizzazione di un oggetto simile (primi anni '90). Abbastanza dettagliato. C'erano anche le riprese al microscopio elettronico.
Interessante.
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[25] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenteboiler » 22 nov 2018, 13:55

Al "mio" politecnico c'era il guru delle microonde che aveva attaccato alla porta del suo ufficio un suo layout. Appunto su allumina e negli spazi vuoti c'era serigrafato "Una cassa di birra se funziona al primo colpo".

Era la scommessa fatta con il suo supervisore una quarantina d'anni prima. E in ufficio teneva in bella mostra la cassa di birra con le bottiglie vuote :mrgreen:

Una persona di una competenza tecnica incredibile!

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[26] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 22 nov 2018, 15:22

in cantina potrei avere ancora qualche prototipo di Tx/Rx risalente al mio periodo Siemens... i primi apparati per il nascente radiomobile a 1,8GHz.

Se non sbaglio erano i primi su substrato morbido, ancora con molti componenti discreti (es i costosi finali di potenza Macom), ma forse ricordo male ed erano gli ultimi su allumina....magari se mi ricordo provo a cercarli ed aprirli :mrgreen:

Effettivamente c'era molto lavoro di ottimizzazione (e taratura) al banco, io ero alle prime armi e mi prendevano in giro perché abbondavo con le tarature fatte con la vernice d'argento colloidale... dicevano che sui miei circuiti ci voleva la pennellessa cinghiale :mrgreen:

In parte era l'inesperienza, ma a mia discolpa c'erano i parametri S molto "aleatori" dei componenti attivi, e anche il fatto che le mie tarature abnormi erano dovute alla frequenza "bassa" (1,8 GHz contro i soliti 7-40 GHz degli apparati a microonde classici)
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[27] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 22 nov 2018, 16:27

arkeo2001 ha scritto:Non riesco a capirne il motivo, a meno che non siano una sorta di taratura per compensare i parametri distribuiti di qualche circuito (ma mi pare improbabile fantascienza). Pare sia una soluzione abbastanza comune e me ne chiedo il motivo. Qualcuno potrebbe illuminarmi?


per tornare alla domanda iniziale....

Con i moderni simulatori circuitali è possibile effettivamente inserire i fori metallizzati e simularli in maniera abbastanza (?) precisa usando i vari modelli disponibili nelle librerie dei software di simulazione.

C'è da dire (ma la mia esperienza diretta si ferma a diversi anni fa) che ovviamente il loro impiego non deve essere critico, viste le tolleranze su diametri, altezza substrato e spessore metallizzazione.

Ma i fori "simulati" sono di solito pochi e posizionati sulle piste di segnale, es per far passare il segnale da un layer all'altro.

La "gruviera" di fori invece come già detto serve a forzare a 0V il potenziale, ma anche ad evitare interferenze o emissioni elettromagnetiche verso l'esterno o circuiti vicini.

Provo a fare un esempio...

nella parte di scheda riportata i circuiti 1 e 2 sono separati da due metallizzazioni e relative "gruviere".

Provo a stimare le dimensioni: se i fori di fissaggio sono da 2,5mm la "parete" di separazione è di circa 25mm
PCB.jpg
PCB.jpg (58.44 KiB) Osservato 210 volte

I segnali a microonde hanno il pessimo vizio di sfruttare qualsiasi "linea di trasmissione", sia voluta che indesiderata.
E il circuito 1 lavora evidentemente ad alta frequenza, vista la presenza di una struttura tipica a microonde (l'accoppiatore direzionale)
In particolare se non ci fossero i fori metallizzati potrebbero sfruttare la sottile guida d'onda rettangolare che si creerebbe tra i due layer metallizzati, larga a=25mm.
Tale guida avrebbe frequenza di taglio fc=v/2a pari a circa 6GHz in aria (ancora meno considerando la costante dielettrica del substrato), quindi lascerebbe passare il segnale se superiore a 6GHz, o almeno le sue armoniche se il segnale è inferiore a 6GHz.

Un solo foro a metà lunghezza avrebbe raddoppiato questa frequenza di taglio, i fori ravvicinati rendono sicura la separazione elettrica tra i due circuiti fino a frequenze elevate.


Dimenticavo: si nota l'interruzione della foratura in corrispondenza della freccia rossa: probabilmente il segnale RF "spillato" dall'accoppiatore direzionale viene inviato al circuito 2, dove un "rivelatore" e la circuiteria a bassa frequenza provvedono a realizzare un AGC (anello di controllo per stabilizzare e/o regolare il guadagno della catena di amplificazione e la potenza di uscita)
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[28] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 22 nov 2018, 16:46

Scusate, ma avete definito i progettisti "non umani" e visto che qualcosa ho fatto mi avete risvegliato i ricordi...

Qualche altra info che spero sia interessante per Arkeo e non solo.

I fori metallizzati "fermano" i segnali indesiderati essenzialmente nel substrato, oltre ad avere funzione elettrica in altre zone.

Ma ovviamente i segnali si propagano anche in aria, perché la microstriscia a differenza della linea coassiale irradia in maniera non trascurabile.

Qualsiasi discontinuità aumenta ulteriormente questa potenza immessa in aria, per esempio la curva a 90° che porta verso l'accoppiatore direzionale, cerchiata in giallo:
PCB2.jpg
PCB2.jpg (59.43 KiB) Osservato 202 volte


Quindi la doppia metallizzazione "gruviera" verrebbe "scavalcata" in aria.

Per evitare questo spesso anche i contenitori di questi circuiti sono complessi, perché riportano una serie di nicchie che isolano tra loro i singoli sottocircuiti, in pratica parte di quelle metallizzazioni coi fori multipli sono serrate tra due pareti metalliche.

l'immagine seguente riporta l'interno di un apparato di trasmissione a microonde, quelli che si vedono attaccati alle parabole sulle cime delle montagne (e non solo)

ODU2.jpg


è visibile la guida d'onda che va in antenna e le pareti che vanno a isolare parti circuitali distinte
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[29] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 22 nov 2018, 16:49

Questo è interessante. Potresti riproporre l'ultima immagine, evidenziando la guida d'onda e le pareti? Grazie.
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[30] Re: PCB "colabrodo", perché?

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 22 nov 2018, 17:10

ok, non posso esagerare per non divulgare segreti industriali

odu3_rid.jpg


1 è la guida d'onda rettangolare, si tratta di un apparato a 80 GHz (il "record" attuale della mia ditta che io sappia) e quindi la guida è molto piccola, il lato maggiore è 3,8mm, frequenza di taglio fc=v/2a= 39,37 GHz

2 sono le pareti che formano le nicchie; in pratica decenni fa ogni componente (Tx, Rx, oscillatore locale, piastra IF ecc) aveva la propria meccanica di contenimento.
Con la riduzione costi e la diffusione di integrati multifunzione e substrati morbidi anche negli apparati di trasmissione si è arrivati ad avere una grossa PCB che incorpora funzioni in banda base, frequenza intermedia e radiofrequenza.
Questa PCB è molto estesa e occupa buona parte della superficie interna della radio, quindi si sfrutta il "guscio", cioè l'involucro esterno dell'apparato, per risparmiare un costoso contenitore della PCB: le parti più critiche (a radiofrequenza, IF ecc) sono sul layer esterno che va verso le pareti visibili in foto, avvitando la PCB al contenitore globale si ottiene la schermatura dei singoli sottocircuiti risparmiando un pezzo costoso (quelle pareti in produzione di massa sono ricavate direttamente da fusione)

3 e 4 sono "protuberanze" che servono a smaltire il calore prodotto dai componenti di potenza (tipicamente i finali Tx ma non solo) portandolo verso le alettature esterne del'apparato (non visibili in foto
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