如何為毫米波應用可靠地對準壓接式連接器

在低于幾GHz時，如果采用良好的設計，焊接工藝變化和其他制造和裝配因素的影響通常是良性的。在幾十GHz時，制造和裝配變化的影響變得足夠大，以至于對許多應用來說，讓信號路徑中的公差最小是至關重要的。這就是為什么壓接安裝的測試連接器正在成為測試、原型設計和診斷應用中高頻段毫米波互連的一個越來越流行的解決方案。另一個需要考慮的因素是，壓接式連接器也很緊湊，這很有優勢，因為現在許多高頻段毫米波應用在電路板上的互連密度也大得多，可用的電路板空間越來越小。

然而，這些連接器并非沒有挑戰。緊湊的外形和必要的小尺寸導致了錯位的可能性增大，因為這些連接器和著陸墊（landing pad）的公差是非常嚴格的。同軸壓接式連接器完全有可能在不知道的情況下發生錯位，直到測試開始，觀察到無法預料的測試結果時才被發現。幸運的是，現在有一個解決這個難題的辦法，它提供了一個易于看到的正確對齊的視覺指示，加快了壓接式連接器的組裝和對準。

為什么是壓接式連接器？

對達到和超過90GHz的精密高頻測試連接器的需求越來越大。在回程和網絡基礎設施中使用的更高的數據速率使得有必要使用射頻測試設備進行開發、驗證甚至是故障排除。毫米波通信和傳感系統的組件，即使是在低頻V波段工作的設備，也經常需要在其最大工作頻率的許多倍進行測試，以捕捉非線性和諧波性能。

無論是平面傳輸線還是同軸傳輸線，其最大頻率都是由導體的尺寸和它們之間的間距決定的。為了實現更高頻率的傳輸線，同軸連接器和電纜中的平面導線和同軸導體的幾何形狀必須比低頻的波長小。對于某些應用，這是有利的，因為它允許更高的互連密度。這方面的一個例子是在高頻段毫米波范圍內運行的先進/主動天線系統的大量天線饋電。

隨著互連的物理尺寸縮小，與互連放置和固定有關的公差也需要更嚴格，這意味著許多適合較大互連的對準策略在微小的高頻互連中不再可行。

PCB表面跡線互連解決方案的主要參數：

·帶寬（Hz）

·插入損耗（dB）

·回波損耗(dB)

·VSWR

·阻抗，通常為50或100Ω

·功率處理能力（dB），通常指定為連續波和/或峰值

·可重復性

·易用性和設置

·費用

PCB表面跡線互連解決方案

有多種高頻互連方法用于將測試和診斷設備連接到PCB上的表面跡線或著陸墊，每種方法都有優缺點。同軸互連和寬帶平面傳輸線在這些寬帶應用中很常見。因此，互連的挑戰是確保平面傳輸線的著陸墊與高頻測試設備的測試導線之間的可靠、可重復、高精度的連接。

PCB表面跡線互連解決方案：

·同軸電纜直接焊接在表面的平面傳輸線上

·同軸連接器，可以焊接在表面、通孔、或邊緣。

·預制或定制的一次性焊接測試引線

·同軸探頭站

·壓接式連接器，可以是表面安裝或邊緣安裝

傳統的方法是將同軸電纜的中心導體和外導體（屏蔽）直接焊接到電路板的著陸墊上。這通常用于橋接兩條表面傳輸線，或在使用一半的同軸電纜總成連接表面傳輸線和外部設備時。雖然這種方法是可行的，但手工焊接和手工準備的同軸電纜截斷部分所能達到的公差較大，這意味著這種方法可能具有最低的精度和可重復性。根據所使用的技術，這種方法很可能不適合毫米波應用，除非由熟練的技術人員用專門的設備進行操作。

一種更方便、更普遍的方法是使用表面、通孔或邊緣安裝的同軸連接器，用焊料連接到著陸墊上。如果粘合得當，這種方法可以提供一個堅固的連接，既可靠又緊湊。這種方法確實需要一些努力來確保對準，但一些類型的連接器可以通過拾取和放置技術自動組裝。這種方法的主要問題是同軸連接器的中心針和地線與著陸墊之間的焊點的公差限制。在100GHz，自由空間的波長約為3毫米。一個常見的經驗法則是，在一個波長的十分之一甚至二十分之一的幾何尺寸是很重要的。這意味著對于高精度和可重復的互連應用來說，實現小于300微米甚至150微米的焊接連接尺寸是必須的。如果沒有熟練技術人員的專業知識和專門工具，這很難手工完成，但它在機器組裝的能力范圍內。

解決重復性問題的一個方案是使用預制或定制的焊接測試引線。然而，這種解決方案的頻率限制使其更適合與示波器一起使用，以探測幾GHz的時域信號。這些連接類型只能夠達到20GHz的最大頻率。它們的使用成本也很高，而且往往只限于一次性使用或最多使用幾次。最終，這些類型的連接器不適合高頻段毫米波應用。

另一種方法是避免將測試引線連接到著陸墊上，而是將傳輸線的精密觸點壓到著陸墊上。探頭站可以測試這些板級測試點和傳輸線，同時只對測試板產生最小的影響。一些精密探頭使用帶有波導互連的地面-信號-地面類型的探頭尖，能達到500GHz的帶寬。另外，精密探頭使用同軸互連可以達到145GHz。有些探頭在一個探頭頭端上有多條信號線，這可以幫助測試多條高速差分線。然而，使用精密探頭需要一個探頭站，這通常是一大資本支出項目，還需要有經驗的技術人員來操作。

審核編輯：湯梓紅