Guida ai circuiti stampati
Prototipi e kit in microstrip e grounded coplanar waveguide

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In questo sito sono disponibili circuiti stampati (PCB) con i quali realizzare facilmente moduli, prototipi e produzioni in piccole serie. Tale soluzione consente di mantenere bassi i costi permettendo di passare dal progetto all'assemblaggio in tempi estremamente rapidi. Gli stampati sono sviluppati per aderire alle specifiche, in termini dimensionali ed elettrici, delle più diffuse famiglie di circuiti integrati e dispositivi operanti a frequenze che dalla DC si estendono ai GHz.

Tecnologia degli stampati

Ogni stampato, del tipo dual-layer, è stato ottimizzato in base alla funzione circuitale cui è destinato. Un piano inferiore interamente di massa, vias di collegamento, linee ad impedenza controllata assicurano affidabili e ripetitive performance in alta frequenza. Per mantenere elevate le prestazioni gli stampati sono fabbricati con criteri di assoluta qualità, questi alcuni punti di rilievo:

Finitura superficiale. Tutti i tratti in rame, sul lato superiore come inferiore, sono protetti dall'azione degli agenti atmosferici con uno strato che ne preserva l'integrità facilitando in tal modo la saldatura dei componenti.

Fori metallizzati. I tratti di massa sono collegati allo strato inferiore da numerose vias opportunamente dimensionate e posizionate per garantire eccellenti parametri RF. Non vi è necessita di alcuna ulteriore lavorazione.

Elevata risoluzione. Ogni particolare viene realizzato con la precisione richiesta al fine di garantire un layout professionale adeguato ai criteri richiesti operando in alta frequenza od anche usando i più piccoli componenti SMD.

Ispezione ottica. Ogni stampato viene sottoposto a verifica tramite controllo da parte di sistemi automatici, nessun pezzo con il pur minimo difetto viene ammesso alla commercializzazione per assicurare la qualità del prodotto.

Nel rispetto delle direttive europee per la riduzione dell'inquinamento i prodotti sono conformi alla normativa RoHS (Restriction of Hazardous Substances) e quindi a minimo impatto ambientale. Ricordiamo che la normativa regola l'utilizzo di determinate sostanze pericolose nei dispositivi e componenti elettronici. La conformità assicura che non sono presenti materiali, quali il piombo, oltre i livelli massimi stabiliti.

Gli stampati utilizzano un laminato FR4 di spessore pari a 1.5 mm. Il materiale ha con tali caratteristiche una notevole robustezza, ideale anche per le sperimentazioni dunque, ed adotta particolari soluzioni tecniche per ridurre al minimo le perdite sulle più alte frequenze. Solitamente infatti i tratti ad impedenza controllata, i 50Ω standard delle linee di segnale, vengono implementate con microstrip. Quando possibile invece negli stampati da noi proposti si impiega una struttura migliorata che usa linee grounded coplanar waveguide (CPW) unendo la semplicità delle microstrip ad una ridotta attenuazione garantita dalla parte coplanare. Questa tecnica consente di avere un più largo piano efficace di massa tra le linee di ingresso ed uscita, migliorando l'isolamento reciproco a favore della stabilità.

Nelle microstrip le linee del campo elettrico si chiudono sempre attraversando lo strato dielettrico del laminato. Ciò comporta delle attenuazioni in alta frequenza in relazione al fattore di perdita del materiale.

Unendo la tecnica microstrip a quella planare le linee del campo elettrico si chiudono parzialmente attraverso lo strato dielettrico del laminato. Ciò comporta minori attenuazioni in alta frequenza.

Vengono inoltre usate vias, ovvero fori metallizzati, tra il piano di massa e le analoghe aree sul lato componenti. La posizione e la distanza reciproca di queste vias sono state individuate con attenzione per garantire una operatività che si estende fino a diversi GHz con una parte reattiva assai limitata ed una efficace riduzione di eventuali interazioni tra le diverse parti del circuito. Questo particolare, assieme alla struttura stessa delle linee ad impedenza controllata, consente agli utenti di estrarre il massimo di prestazioni dal proprio circuito.

Utilizzo pratico

Usare gli stampati per le proprie realizzazioni è estremamente semplice. Sono infatti state adottate una serie di regole nel loro sviluppo che ne semplificano l'impiego pratico in svariati ambiti e condizioni. Per rendere immediato tale caratteristica nei tre passi seguenti si illustra un esempio concreto di riferimento, nello specifico un amplificatore a banda stretta sui 1200 MHz con bassa cifra di rumore:

Passo 1   In funzione del dispositivo che si desidera usare si sceglie lo stampato ad esso compatibile. Poniamo di avere un amplificatore monolitico in package SOT-363 a 6 piedini, un componente della Avago ad esempio (ex HP) od un similare di altre case. Confrontando le schede che descrivono ogni stampato individuiamo quello che propone un layout adatto, operazione facile in quanto ogni scheda riporta la piedinatura dei dispositivi supportati. A lato il disegno del prodotto selezionato.

Passo 2   E' sufficiente ora saldare i componenti seguendo il proprio progetto oppure uno degli schemi di riferimento da noi forniti. Le piste presentano misure adeguate ai componenti con package a montaggio superficiale tra il 0402 ed il 1210 (3.2 x 2.5 mm) in modo che possiate utilizzare i dispositivi che più vi aggradano. L'uso dei contenitori più grandi ha un importante valore didattico in quanto sono facilmente maneggiabili. A lato il circuito realizzato, l'ingombro dei componenti è arbitrario dipendendo dalle vostre scelte.

Passo 3   Il circuito è terminato, può essere integrato all'interno di un apparato o venire saldato su una scheda come fosse un macro-componente. Per avere un circuito indipendente è sufficiente saldare due connettori, SMA ad esempio, alle porte di segnale ed aggiungere i collegamenti di alimentazione. Per agevolare questa fase gli stampati presentano un disegno compatibile con gli end launch connectors con diversa spaziatura laterale. Il vostro amplificatore con bassa cifra di rumore è pronto per essere utilizzato.

I vantaggi, di primaria importanza pratica, offerti da questa soluzione risiedono nella contemporanea disponibilità di supporti ottimizzati in base al range di funzioni ed al basso costo di commercializzazione. In ambito RF infatti, e comunque sempre quando si voglia massimizzare le prestazioni offerte dai componenti attivi, sviluppare da zero uno stampato anche di piccole dimensioni avendo cura di definire al meglio le vias di interconnessione ed i tratti sensibili comporta un significativo dispendio di tempo ed una corrispondente parte economica che non può scendere oltre una soglia minima in quanto la precisione e l'affidabilità richiesta necessità di una realizzazione professionale certo onerosa a piccoli volumi.

Si offre dunque un catalogo di circuiti stampati con i quali realizzare rapidamente kit, moduli, prototipi e produzioni in piccole serie. Le potenzialità reali non si fermano solo a questi elementi, ogni utente può espandere le applicazioni in base alla propria inventiva. Ad esempio un amplificatore con basso rumore e contemporanea elevata potenza di uscita può essere realizzato abbinando due stadi in serie, si configura con tali caratteristiche un ideale front-end per applicazioni che debbono assicurare ampia dinamica e compensare perdite dovute a successivi filtri e/o lunghi tratti di collegamento tramite cavo coassiale. L'immagine seguente propone tale soluzione:

Questo tipo di circuito richiede l'uso di due stampati ciascuno dedicato ad uno stadio con prestazioni differenziate, nello specifico un preamplificatore seguito da un amplificatore di media potenza. La semplicità di questa connessione è un esempio delle molte variati e personalizzazioni consentite dall'impiego di tali supporti qualora vengano uniti saldando per intero i lati combacianti sia sul piano inferiore che superiore. L'operazione è facilitata dai layout appositamente realizzati anche per questo scopo.

Ambiti applicativi

Grazie all'impiego di particolari soluzioni tecniche l'attenuazione sui segnali alle più alte frequenze, riconducibili a carico degli stampati, sono di entità ridotta. Questo fattore comunque non va sottovalutato e condiziona le applicazioni dei prodotti in base alle caratteristiche del circuito che si andrà a realizzare. Quale linee guida generali consigliamo di attenersi ai seguenti criteri.

Sistemi con NF inferiore ad 1 dB:

Progetti che riguardano amplificatori oppure circuiti a bassissima cifra di rumore possono venire realizzati fino ad una frequenza massima sull'ordine dei 2 GHz oltre la quale la perdita di inserzione sulle linee di segnale diviene non trascurabile in rapporto alle performance desiderate.

Sistemi con NF superiore ad 1 dB:

Progetti che riguardano amplificatori oppure circuiti con moderata cifra di rumore possono venire realizzati fino ad una frequenza massima sull'ordine dei 4 GHz. Entro tale valore la struttura del layout non presenta risposte spurie e quindi le caratteristiche del sistema dipendono dai componenti utilizzati e dalla qualità del progetto.

Sistemi con guadagno non uniforme:

Progetti che riguardano circuiti che per loro natura tollerano variazioni di guadagno, come ad esempio gli amplificatori per frequenzimetri nei quali non è richiesta una curva di risposta piatta, possono venire realizzati fino ad una frequenza massima sull'ordine dei 5-8 GHz. E' possibile che nella parte superiore della banda la struttura del layout presenti risposte spurie e quindi le caratteristiche del sistema dipendono dall'interazione complessa con i componenti utilizzati.