પીસીબીની પસંદગી અને માઇક્રોવેવથી મિલીમીટર વેવ બેન્ડ ડિઝાઇનમાં સંક્રમણની વિચારણા

ઓટોમોટિવ રડારની એપ્લિકેશનમાં સિગ્નલ આવર્તન 30 અને 300 GHz ની વચ્ચે બદલાય છે, ભલે તે 24 GHz જેટલું ઓછું હોય.વિવિધ સર્કિટ ફંક્શન્સની મદદથી, આ સિગ્નલો વિવિધ ટ્રાન્સમિશન લાઇન ટેક્નોલોજીઓ જેમ કે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન્સ, સ્ટ્રીપ લાઇન્સ, સબસ્ટ્રેટ ઇન્ટિગ્રેટેડ વેવગાઇડ (SIW) અને ગ્રાઉન્ડેડ કોપ્લાનર વેવગાઇડ (GCPW) દ્વારા પ્રસારિત થાય છે.આ ટ્રાન્સમિશન લાઇન ટેક્નોલોજીઓ (ફિગ. 1) સામાન્ય રીતે માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સીઝ પર અને ક્યારેક મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી પર વપરાય છે.આ ઉચ્ચ આવર્તન સ્થિતિ માટે ખાસ વપરાતી સર્કિટ લેમિનેટ સામગ્રી જરૂરી છે.માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન, સૌથી સરળ અને સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ટ્રાન્સમિશન લાઇન સર્કિટ ટેકનોલોજી તરીકે, પરંપરાગત સર્કિટ પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ સર્કિટ લાયકાત દર હાંસલ કરી શકે છે.પરંતુ જ્યારે આવર્તનને મિલીમીટર વેવ આવર્તન સુધી વધારવામાં આવે છે, ત્યારે તે શ્રેષ્ઠ સર્કિટ ટ્રાન્સમિશન લાઇન ન હોઈ શકે.દરેક ટ્રાન્સમિશન લાઇનના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે.ઉદાહરણ તરીકે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પ્રક્રિયા કરવા માટે સરળ હોવા છતાં, મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી પર ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે તે ઉચ્ચ કિરણોત્સર્ગ નુકશાનની સમસ્યાને હલ કરવી આવશ્યક છે.

આકૃતિ 1 મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સીમાં સંક્રમણ કરતી વખતે, માઇક્રોવેવ સર્કિટ ડિઝાઇનરોએ માઇક્રોવેવ આવર્તન પર ઓછામાં ઓછી ચાર ટ્રાન્સમિશન લાઇન તકનીકોની પસંદગીનો સામનો કરવો જરૂરી છે.

જો કે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનું ખુલ્લું માળખું ભૌતિક જોડાણ માટે અનુકૂળ છે, તે ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર પણ કેટલીક સમસ્યાઓ ઊભી કરશે.માઇક્રોસ્ટ્રીપ ટ્રાન્સમિશન લાઇનમાં, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (EM) તરંગો સર્કિટ સામગ્રીના વાહક અને ડાઇલેક્ટ્રિક સબસ્ટ્રેટ દ્વારા પ્રચાર કરે છે, પરંતુ કેટલાક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો આસપાસની હવા દ્વારા પ્રચાર કરે છે.હવાના ઓછા Dk મૂલ્યને કારણે, સર્કિટનું અસરકારક Dk મૂલ્ય સર્કિટ સામગ્રી કરતાં ઓછું છે, જે સર્કિટ સિમ્યુલેશનમાં ધ્યાનમાં લેવું આવશ્યક છે.નીચા Dk ની તુલનામાં, ઉચ્ચ Dk સામગ્રીથી બનેલા સર્કિટ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રસારણમાં અવરોધે છે અને પ્રચાર દર ઘટાડે છે.તેથી, ઓછી ડીકે સર્કિટ સામગ્રીનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મિલિમીટર વેવ સર્કિટમાં થાય છે.

હવામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાની ચોક્કસ માત્રા હોવાને કારણે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટ એન્ટેનાની જેમ હવામાં બહારની તરફ પ્રસારિત થશે.આનાથી માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટને બિનજરૂરી રેડિયેશન નુકસાન થશે, અને આવર્તનના વધારા સાથે નુકસાન વધશે, જે સર્કિટના રેડિયેશન નુકસાનને મર્યાદિત કરવા માટે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનો અભ્યાસ કરતા સર્કિટ ડિઝાઇનર્સ માટે પડકારો પણ લાવે છે.કિરણોત્સર્ગના નુકસાનને ઘટાડવા માટે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનોને ઉચ્ચ ડીકે મૂલ્યો સાથે સર્કિટ સામગ્રીઓથી બનાવી શકાય છે.જો કે, Dk નો વધારો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રચાર દરને ધીમો પાડશે (હવાથી સંબંધિત), જેના કારણે સિગ્નલ ફેઝ શિફ્ટ થશે.બીજી પદ્ધતિ એ છે કે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પર પ્રક્રિયા કરવા માટે પાતળા સર્કિટ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને કિરણોત્સર્ગના નુકસાનને ઓછું કરવું.જો કે, જાડા સર્કિટ સામગ્રીની તુલનામાં, પાતળી સર્કિટ સામગ્રી કોપર ફોઇલ સપાટીની ખરબચડીના પ્રભાવ માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે, જે ચોક્કસ સિગ્નલ તબક્કામાં ફેરફારનું કારણ પણ બને છે.

જોકે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટનું રૂપરેખાંકન સરળ છે, મિલિમીટર વેવ બેન્ડમાં માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટને ચોક્કસ સહનશીલતા નિયંત્રણની જરૂર છે.ઉદાહરણ તરીકે, કંડક્ટરની પહોળાઈ કે જેને સખત રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે, અને આવર્તન જેટલી વધારે છે, તેટલી વધુ કડક સહનશીલતા હશે.તેથી, મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજીના ફેરફાર માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે, તેમજ સામગ્રીમાં ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી અને તાંબાની જાડાઈ અને જરૂરી સર્કિટ કદ માટે સહનશીલતાની જરૂરિયાતો ખૂબ જ કડક છે.

સ્ટ્રિપલાઈન એક વિશ્વસનીય સર્કિટ ટ્રાન્સમિશન લાઇન ટેક્નોલોજી છે, જે મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સીમાં સારી ભૂમિકા ભજવી શકે છે.જો કે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનની તુલનામાં, સ્ટ્રીપલાઇન કંડક્ટર માધ્યમથી ઘેરાયેલું છે, તેથી સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન માટે કનેક્ટર અથવા અન્ય ઇનપુટ/આઉટપુટ પોર્ટ્સને સ્ટ્રીપલાઇન સાથે જોડવાનું સરળ નથી.સ્ટ્રીપલાઇનને એક પ્રકારની સપાટ કોક્સિયલ કેબલ તરીકે ગણી શકાય, જેમાં કંડક્ટરને ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તરથી વીંટાળવામાં આવે છે અને પછી સ્ટ્રેટમ દ્વારા આવરી લેવામાં આવે છે.આ માળખું સર્કિટ સામગ્રીમાં (આજુબાજુની હવાને બદલે) સિગ્નલના પ્રસારને જાળવી રાખીને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી સર્કિટ આઇસોલેશન અસર પ્રદાન કરી શકે છે.ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ હંમેશા સર્કિટ સામગ્રી દ્વારા પ્રચાર કરે છે.હવામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લીધા વિના, સર્કિટ સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ અનુસાર સ્ટ્રીપલાઇન સર્કિટનું અનુકરણ કરી શકાય છે.જો કે, માધ્યમથી ઘેરાયેલું સર્કિટ કંડક્ટર પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલૉજીમાં ફેરફારો માટે સંવેદનશીલ છે, અને સિગ્નલ ફીડિંગના પડકારો સ્ટ્રીપલાઈન માટે સામનો કરવો મુશ્કેલ બનાવે છે, ખાસ કરીને મિલિમીટર તરંગ આવર્તન પર નાના કનેક્ટર કદની સ્થિતિમાં.તેથી, ઓટોમોટિવ રડારમાં વપરાતા કેટલાક સર્કિટ સિવાય, સામાન્ય રીતે મિલિમીટર વેવ સર્કિટમાં સ્ટ્રીપલાઈનનો ઉપયોગ થતો નથી.

હવામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાની ચોક્કસ માત્રા હોવાને કારણે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટ એન્ટેનાની જેમ હવામાં બહારની તરફ પ્રસારિત થશે.આનાથી માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટને બિનજરૂરી રેડિયેશન નુકસાન થશે, અને આવર્તનના વધારા સાથે નુકસાન વધશે, જે સર્કિટના રેડિયેશન નુકસાનને મર્યાદિત કરવા માટે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનનો અભ્યાસ કરતા સર્કિટ ડિઝાઇનર્સ માટે પડકારો પણ લાવે છે.કિરણોત્સર્ગના નુકસાનને ઘટાડવા માટે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનોને ઉચ્ચ ડીકે મૂલ્યો સાથે સર્કિટ સામગ્રીઓથી બનાવી શકાય છે.જો કે, Dk નો વધારો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રચાર દરને ધીમો પાડશે (હવાથી સંબંધિત), જેના કારણે સિગ્નલ ફેઝ શિફ્ટ થશે.બીજી પદ્ધતિ એ છે કે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પર પ્રક્રિયા કરવા માટે પાતળા સર્કિટ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને કિરણોત્સર્ગના નુકસાનને ઓછું કરવું.જો કે, જાડા સર્કિટ સામગ્રીની તુલનામાં, પાતળી સર્કિટ સામગ્રી કોપર ફોઇલ સપાટીની ખરબચડીના પ્રભાવ માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે, જે ચોક્કસ સિગ્નલ તબક્કામાં ફેરફારનું કારણ પણ બને છે.

જોકે માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટનું રૂપરેખાંકન સરળ છે, મિલિમીટર વેવ બેન્ડમાં માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન સર્કિટને ચોક્કસ સહનશીલતા નિયંત્રણની જરૂર છે.ઉદાહરણ તરીકે, કંડક્ટરની પહોળાઈ કે જેને સખત રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે, અને આવર્તન જેટલી વધારે છે, તેટલી વધુ કડક સહનશીલતા હશે.તેથી, મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજીના ફેરફાર માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે, તેમજ સામગ્રીમાં ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી અને તાંબાની જાડાઈ અને જરૂરી સર્કિટ કદ માટે સહનશીલતાની જરૂરિયાતો ખૂબ જ કડક છે.

સ્ટ્રિપલાઈન એક વિશ્વસનીય સર્કિટ ટ્રાન્સમિશન લાઇન ટેક્નોલોજી છે, જે મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સીમાં સારી ભૂમિકા ભજવી શકે છે.જો કે, માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇનની તુલનામાં, સ્ટ્રીપલાઇન કંડક્ટર માધ્યમથી ઘેરાયેલું છે, તેથી સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન માટે કનેક્ટર અથવા અન્ય ઇનપુટ/આઉટપુટ પોર્ટ્સને સ્ટ્રીપલાઇન સાથે જોડવાનું સરળ નથી.સ્ટ્રીપલાઇનને એક પ્રકારની સપાટ કોક્સિયલ કેબલ તરીકે ગણી શકાય, જેમાં કંડક્ટરને ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તરથી વીંટાળવામાં આવે છે અને પછી સ્ટ્રેટમ દ્વારા આવરી લેવામાં આવે છે.આ માળખું સર્કિટ સામગ્રીમાં (આજુબાજુની હવાને બદલે) સિગ્નલના પ્રસારને જાળવી રાખીને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી સર્કિટ આઇસોલેશન અસર પ્રદાન કરી શકે છે.ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ હંમેશા સર્કિટ સામગ્રી દ્વારા પ્રચાર કરે છે.હવામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લીધા વિના, સર્કિટ સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ અનુસાર સ્ટ્રીપલાઇન સર્કિટનું અનુકરણ કરી શકાય છે.જો કે, માધ્યમથી ઘેરાયેલું સર્કિટ કંડક્ટર પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલૉજીમાં ફેરફારો માટે સંવેદનશીલ છે, અને સિગ્નલ ફીડિંગના પડકારો સ્ટ્રીપલાઈન માટે સામનો કરવો મુશ્કેલ બનાવે છે, ખાસ કરીને મિલિમીટર તરંગ આવર્તન પર નાના કનેક્ટર કદની સ્થિતિમાં.તેથી, ઓટોમોટિવ રડારમાં વપરાતા કેટલાક સર્કિટ સિવાય, સામાન્ય રીતે મિલિમીટર વેવ સર્કિટમાં સ્ટ્રીપલાઈનનો ઉપયોગ થતો નથી.

આકૃતિ 2 GCPW સર્કિટ કંડક્ટરની ડિઝાઇન અને સિમ્યુલેશન લંબચોરસ છે (ઉપરની આકૃતિ), પરંતુ વાહકને ટ્રેપેઝોઇડ (નીચેની આકૃતિ) માં પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, જે મિલિમીટર તરંગની આવર્તન પર વિવિધ અસરો કરશે.

સિગ્નલ ફેઝ રિસ્પોન્સ (જેમ કે ઓટોમોટિવ રડાર) પ્રત્યે સંવેદનશીલ એવા ઘણા ઉભરતા મિલિમીટર વેવ સર્કિટ એપ્લીકેશન માટે, તબક્કાની અસંગતતાના કારણો ઓછા કરવા જોઈએ.મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી GCPW સર્કિટ સામગ્રી અને પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજીમાં ફેરફાર માટે સંવેદનશીલ છે, જેમાં મટિરિયલ ડીકે મૂલ્ય અને સબસ્ટ્રેટની જાડાઈમાં ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે.બીજું, તાંબાના વાહકની જાડાઈ અને કોપર ફોઈલની સપાટીની ખરબચડીથી સર્કિટની કામગીરી પ્રભાવિત થઈ શકે છે.તેથી, તાંબાના વાહકની જાડાઈ સખત સહનશીલતાની અંદર રાખવી જોઈએ, અને કોપર ફોઈલની સપાટીની ખરબચડી ઓછી કરવી જોઈએ.ત્રીજે સ્થાને, GCPW સર્કિટ પર સપાટીના કોટિંગની પસંદગી સર્કિટના મિલિમીટર વેવ પ્રભાવને પણ અસર કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, રાસાયણિક નિકલ સોનાનો ઉપયોગ કરતી સર્કિટમાં તાંબા કરતાં વધુ નિકલની ખોટ હોય છે, અને નિકલ પ્લેટેડ સપાટીનું સ્તર GCPW અથવા માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન (આકૃતિ 3) ના નુકસાનને વધારશે.છેલ્લે, નાની તરંગલંબાઇને કારણે, કોટિંગની જાડાઈમાં ફેરફાર પણ તબક્કાના પ્રતિભાવમાં ફેરફારનું કારણ બનશે, અને GCPW નો પ્રભાવ માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન કરતા વધારે છે.

આકૃતિ 3 આકૃતિમાં બતાવેલ માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન અને GCPW સર્કિટ સમાન સર્કિટ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે (રોજર્સની 8mil જાડા RO4003C™ લેમિનેટ), GCPW સર્કિટ પર ENIG નો પ્રભાવ મિલિમીટર વેવ ફ્રીક્વન્સી પર માઇક્રોસ્ટ્રીપ લાઇન કરતાં ઘણો વધારે છે.