如何为毫米波应用可靠地对准压接式连接器

如何为毫米波应用可靠地对准压接式连接器

在低于几GHz时，如果采用良好的设计，焊接工艺变化和其他制造和装配因素的影响通常是良性的。在几十GHz时，制造和装配变化的影响变得足够大，以至于对许多应用来说，让信号路径中的公差最小是至关重要的。这就是为什么压接安装的测试连接器正在成为测试、原型设计和诊断应用中高频段毫米波互连的一个越来越流行的解决方案。另一个需要考虑的因素是，压接式连接器也很紧凑，这很有优势，因为现在许多高频段毫米波应用在电路板上的互连密度也大得多，可用的电路板空间越来越小。

然而，这些连接器并非没有挑战。紧凑的外形和必要的小尺寸导致了错位的可能性增大，因为这些连接器和着陆垫（landing pad）的公差是非常严格的。同轴压接式连接器完全有可能在不知道的情况下发生错位，直到测试开始，观察到无法预料的测试结果时才被发现。幸运的是，现在有一个解决这个难题的办法，它提供了一个易于看到的正确对齐的视觉指示，加快了压接式连接器的组装和对准。

为什么是压接式连接器？

对达到和超过90GHz的精密高频测试连接器的需求越来越大。在回程和网络基础设施中使用的更高的数据速率使得有必要使用射频测试设备进行开发、验证甚至是故障排除。毫米波通信和传感系统的组件，即使是在低频V波段工作的设备，也经常需要在其最大工作频率的许多倍进行测试，以捕捉非线性和谐波性能。

无论是平面传输线还是同轴传输线，其最大频率都是由导体的尺寸和它们之间的间距决定的。为了实现更高频率的传输线，同轴连接器和电缆中的平面导线和同轴导体的几何形状必须比低频的波长小。对于某些应用，这是有利的，因为它允许更高的互连密度。这方面的一个例子是在高频段毫米波范围内运行的先进/主动天线系统的大量天线馈电。

随着互连的物理尺寸缩小，与互连放置和固定有关的公差也需要更严格，这意味着许多适合较大互连的对准策略在微小的高频互连中不再可行。

PCB表面迹线互连解决方案的主要参数：

·带宽（Hz）

·插入损耗（dB）

·回波损耗(dB)

·VSWR

·阻抗，通常为50或100Ω

·功率处理能力（dB），通常指定为连续波和/或峰值

·可重复性

·易用性和设置

·费用

PCB表面迹线互连解决方案

有多种高频互连方法用于将测试和诊断设备连接到PCB上的表面迹线或着陆垫，每种方法都有优缺点。同轴互连和宽带平面传输线在这些宽带应用中很常见。因此，互连的挑战是确保平面传输线的着陆垫与高频测试设备的测试导线之间的可靠、可重复、高精度的连接。

PCB表面迹线互连解决方案：

·同轴电缆直接焊接在表面的平面传输线上

·同轴连接器，可以焊接在表面、通孔、或边缘。

·预制或定制的一次性焊接测试引线

·同轴探头站

·压接式连接器，可以是表面安装或边缘安装

传统的方法是将同轴电缆的中心导体和外导体（屏蔽）直接焊接到电路板的着陆垫上。这通常用于桥接两条表面传输线，或在使用一半的同轴电缆总成连接表面传输线和外部设备时。虽然这种方法是可行的，但手工焊接和手工准备的同轴电缆截断部分所能达到的公差较大，这意味着这种方法可能具有最低的精度和可重复性。根据所使用的技术，这种方法很可能不适合毫米波应用，除非由熟练的技术人员用专门的设备进行操作。

一种更方便、更普遍的方法是使用表面、通孔或边缘安装的同轴连接器，用焊料连接到着陆垫上。如果粘合得当，这种方法可以提供一个坚固的连接，既可靠又紧凑。这种方法确实需要一些努力来确保对准，但一些类型的连接器可以通过拾取和放置技术自动组装。这种方法的主要问题是同轴连接器的中心针和地线与着陆垫之间的焊点的公差限制。在100GHz，自由空间的波长约为3毫米。一个常见的经验法则是，在一个波长的十分之一甚至二十分之一的几何尺寸是很重要的。这意味着对于高精度和可重复的互连应用来说，实现小于300微米甚至150微米的焊接连接尺寸是必须的。如果没有熟练技术人员的专业知识和专门工具，这很难手工完成，但它在机器组装的能力范围内。

解决重复性问题的一个方案是使用预制或定制的焊接测试引线。然而，这种解决方案的频率限制使其更适合与示波器一起使用，以探测几GHz的时域信号。这些连接类型只能够达到20GHz的最大频率。它们的使用成本也很高，而且往往只限于一次性使用或最多使用几次。最终，这些类型的连接器不适合高频段毫米波应用。

另一种方法是避免将测试引线连接到着陆垫上，而是将传输线的精密触点压到着陆垫上。探头站可以测试这些板级测试点和传输线，同时只对测试板产生最小的影响。一些精密探头使用带有波导互连的地面-信号-地面类型的探头尖，能达到500GHz的带宽。另外，精密探头使用同轴互连可以达到145GHz。有些探头在一个探头头端上有多条信号线，这可以帮助测试多条高速差分线。然而，使用精密探头需要一个探头站，这通常是一大资本支出项目，还需要有经验的技术人员来操作。

审核编辑：汤梓红