Elektronik ve ihtimal verilmeyen problem kaynakları!

Bazen çalışmayan bir devrenin problemi hiç ihtimal vermediğimiz bir şey olabiliyor. Bugün bu duyguyu tekrar yaşadım(3 gün önce). İhtimal vermek vermemek bir tecrübe meselesi olmakla beraber devrenin çalışma prensibinin bilinmesi de önemli bir faktör. Birçoğumuz, devrelerimizde hiç anlam veremediğimiz problemlerle karşılaşmışızdır, böyle durumlarda ümitsizliğe kapılmamak sabırla düşünmek zorlamıştır bizi. Böyle zamanlarda aklımızda danışacak/fikir alacak birilerinin olup olmaması da motivasyonumuzu etkiler. Bir önceki yazıda minicircuits in Gali5+ DC-4GHz MMIC amplifier ın rf choke undan bahsetmiştim. Bugün yaşadığım olay da yine Gali5 ile ilgili.
Devremizde bir amp(amplifier) devamında dijital kontrollü zayıflatıcı ve tekrar amp var. Bu yapı kazanç ayarı yapmamızı sağlayan bir yapı(variable gain amplifier, VGA). Aslında bu yapıyı kullanmadan önce HITTIE microwave in DC-1GHz HMC681 variable gain amplifier(vga) ını kullanıyordum, entegrenin yapısı şöyle:

İçeride iki adet amp ve ortasında dijital kontrollü zayıflatıcı var.
RF sistemlerde VGA yapılarının -tecrübe etmemekle beraber- takip eden rf bloğun girişine uygulanacak işaretin o bloğun dinamik aralığında kalmak için kullanıldığını biliyorum. Benzer durumu düşük frekanslı devrelerde tecrübe etmiştim, small signal amp. e yüksek vpp li giriş uygularsanız amp. in cevabı nonlineer olmaya başlar. VGA yapılarına receiver ların AGC(automatic gain controller) bölümünde rastlıyorum.

Bu entegreyle ortadaki 6bit-32dB zayıflatıcı yardımıyla toplam kazanç 0.5dB adımlarla 13-45db arasında ayarlanabiliyor ancak kazanç eğrisi datasheet te de görülebileceği gibi 1GHz e doğru epeyce düşüyor. Üstelik entegre 50M-350 MHz veya 350M-1G arasında çalıştırılabiliyor. Zayıflatma seviyelerinin tüm bantta aynı olduğunu görünce kazanç düşümünün zayıflatıcıdan değil içerideki amp lerden kaynaklandığını gördüm ve içeridekiler yerine dışarıya iki tane bildiğim güvendiğim amp koymaya karar verdim, yani entegrenin sadece 6bit 32db zayıflatıcısını kullanmaya karar verdim. Elimde 6bit 32db zayıflatıcı olsaydı sadece onu kullanırdım. Entegrenin içindeki amp lerin çıkış ve girişlerinin dışarı verilmesi içteki parçaları ayrı ayrı kullanmamıza imkan veriyor.  Yeni şema şöyle oldu:

gali_hmc_gali

Bu devreyi baskı için çizip prototip ürettirdiğimizde çizimleri birebir aynı gibi görünen iki amp. ten birinin çalıştığını diğerinin çalışmadığını fark ettim. Çalıştığı derken sağdaki amp. çalışma voltajı doğru iken soldaki amp. in çalışma voltajı olması gerekenden düşük! İkinci amp. in en azından DC çalışma voltajı doğruydu ama o da iyi RF performans göstermiyordu, fark ettik ki amp. lerin problemi toprağı iyi alamamaları. Aşağıdaki çizimde ilk amp in GND pininin ortadan toprağa bağlanmadığını görüyoruz. Bu eksik enteresan bir şekilde amp in hiç çalışmamasına sebep oluyor. GND in yukarıdan 3 noktadan bağlı olması ve multimetrenin bu pini GND ile kısa devre göstermesinin hiçbir anlamı yok. “Keepout region” ın dikkatsiz yerleştirilmesi sonucu o inişteki 5mil=~130um lik toprak bağlantısının olmayışı(aslında o region ın pcb library den ve hatasız gelmelisi gerekirdi) enteresan sonuçlar getiriyor. Araya çok ince lehim atabildiğimizde veya jumper ile bağladığımızda çalışma voltajı 4.3V a geliyor, normale dönüyor. Amp in RF performansından önce DC gerilimini kontrol ediyoruz, DC besleme verildiğinde datasheet e göre 3. pinde 4V-4.9V arasında olması gerekiyor(device operating voltage) ancak o pin toprağa alttan inmedikçe çekilen akım daha yüksek ve gerilim 3 küsür V görünüyor! Yani topraklama sadece RF performansta değil DC kutuplamada bile çok önemli! Bu durum bendeki DC kutuplamayla alakalı tabuları yıktı! DC kutuplamayı basite alır, DC şartlarda topraklama sıkıntısı çıkmaz gibi düşünür, multimetre kısadevre testini geçen DC bağlantıları oldu bilirdim! Bunun bir hata olduğunu anladım.

O pini toprağa indirmek çalışma voltajını düzeltse  de düzgün bir RF performans için yetmiyor,  via ları unutmamak gerekiyor, hemen dibindeki toprak viaları unutulursa amp çalışsa da kazanç eğrisi stabil olmuyor.

Tüm bunlara takılmak yerine amp in üreticisi minicircuits in tavsiyelerine neden uyulmaz! Bu benim yaptığım bir hata! Genelde şöyle bir eğilimim oluyor tam olarak mantığını oturtamadığım yöntemleri uygulamayı kendimden esirgiyorum, bu halim olmasa ve tavsiye edilene sıkısıkıya/körükörüne bağlı kalsam bu gibi hatalar yapmam 🙂 Aşağıda bu elemanın düzgün çalışması için nasıl bağlanması gerektiği gösterilmiş. Önceki tasarımlarda buna dikkat etmiştim ancak biraz da aceleye gelen son tasarımlarda dikkat etmedim ve öneminden de bihaber olduğumdan hatayı bulmak epey zor oldu. Belki de bunlar RF tasarımın bilinen kurallarıdır diyeceksiniz ama ben kaçırdım işte!

Burada yine şunu görüyoruz: Kullandığımız elemanların üreticilerinin hazırlamış oldukları dataseet lere, application note lar a daha dikkatli bakmalı daha “saygılı(!)” olmalıyız 🙂

Son olarak RF devrelerde hata bulmak için bir tarafına SMA konnektör lehimli  diğer tarafı sıyrılmak suretiyle açılmış sıradan bir RG316 kablosu kullanıyorum, ilkel bir RF prob yani, 1GHz e kadar işimi çok güzel görüyor. RF devrelerde hata bulmayı dijital veya düşük frekanslı devrelerde hata bulma ayarına getiriyor!

 

Herkese iyi çalışmalar, motive olmak için çok sebebimiz olmalı, onları arayalım, bulalım inş. En azından hayattayız. Haydi bakalım, hem kendime hem herkese 🙂 Selamlar.

Yazıyı beğendiğim bir sözle bitirmek istiyorum:

“Kalite, insana saygıyla başlar.”

 

One thought on “Elektronik ve ihtimal verilmeyen problem kaynakları!

  1. cengiz

    çizimdeki elamanın ground pini etrafındaki thermal relief’ler yüzünden toprağa karşı bir empedans gösteriyor. bir simulatör ile bakmak lazım ( sonnet vs. ).

    sadece groun’dun elamana bağlı olduğu noktayı değil RF sinyalin devre bloguna girdiği noktadan itibaren bir kabloymuş gibi her noktada eşit ve yeterli iletimi almasını sağlamak gerekli.

    ayrıca dikkat edip etmediğinizi bilmiyorum ama iletim hatlarını kullandığınız pcb’nin özelliklerini de dikkate alarak bir microstrip calculator ile hesaplayıp yansımaları ve saçılımları minimuma indirmek de faydalı olur.

    rf problar oldukça pahalı aletler maxim’in bu konuda değişik ve güzel bir çözümü var:

    http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3699

    Reply

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir