Выбор резисторов для СВЧ приложенийТомас Блюм (перевод Ю. Потапова)
СВЧ техника все активнее вторгается
в жизнь рядового обывателя. Уже никого не удивишь сотовым телефоном или
спутниковой антенной. Однако, мало кто догадывается, что разработчикам
этой аппаратуры приходится решать различные задачи, связанные с выбором
электронных компонентов. Данную публикацию мы посвятим проблеме правильного
выбора резисторов для поверхностного монтажа, имеющих хорошие и предсказуемые
параметры на частотах до 20 ГГц, а также вопросам их моделирования.
Стандартный спиральный MELF (Metal
ELectrode Face-bonding) резистор (рис. 1a), имеет большую последовательную
индуктивность, которая создает недопустимое реактивное сопротивление даже
на частотах в несколько ГГц (рис. 2). Для снижения паразитной индуктивности
производители высокочастотных резисторов используют специальную ⌠импульсную■
топологию резистивного слоя (рис. 1б). В тех же целях возможно использование
стандартной ⌠меандровой■ топологии резистивного слоя.
Рис. 1. Для MELF-резисторов использование "импульсной" топологии (б) позволяет снизить паразитную последовательную индуктивность, по сравнению с обычной спиральной топологией (а)
Рис. 2. Паразитная последовательная индуктивность стандартного MELF-резистора ММА0204 является причиной резонанса на частотах в несколько ГГц. Использование специальной топологии в резисторе ММА 0204 HF позволяет сдвинцть этот резонанс далеко вверх по диапазону
Помимо небольшой остаточной индуктивности
в резисторе присутствует другой внутренний паразитный реактивный компонент
≈ параллельная емкость, возникающая между металлическим выводом и телом
резистора, расположенным на керамическом диэлектрике. При монтаже резистора
на плате между его выводами и общим проводом также возникает паразитная
емкость, показанная на рис. 3 конденсаторами Ci.
Рис. 3. Схема замещения высокочастотного резистора с паразитной емкостью выводов
Наличие упомянутых паразитных
реактивных составляющих отражается на параметрах матрицы рассеяния (коэффициентах
отражения и передачи) резистора. Поэтому для резисторов различных типов
и размеров, предназначенных для поверхностного монтажа, можно сформулировать
следующие правила:
- для диапазона частот, соответствующего неравенству 0,8 < ╫Z╫/R < 1,2, для большинства приложений паразитные реактивности можно не учитывать;
- паразитная индуктивность начинает проявляться у MELF-резисторов с сопротивлением выше 75 Ом и чип-резисторов с сопротивлением выше 120 Ом (то есть, импеданс растет с ростом частоты);
- паразитная емкость начинает проявляться у MELF-резисторов с сопротивлением ниже 75 Ом и чип-резисторов с сопротивлением ниже 120 Ом (то есть импеданс уменьшается с ростом частоты);
- для всех топологий резисторов их характеристики на высоких частотах улучшаются по мере снижения габаритных размеров;
- MELF-резисторы с ⌠импульсной■ топологией на высоких частотах имеют, как правило, лучшие характеристики, чем плоские чип-резисторы, даже выполненные по специальной топологии. На рис. 4 показаны частотные зависимости отношения ╫Z╫/R для нескольких различных типов резисторов с номинальным сопротивлением 50 Ом (наиболее часто используемое сопротивление нагрузки в СВЧ-устройствах).
Рис. 4. Плоский чип-резистор со специальной топологией МСТ 0603 HF демонстрирует значительно лучшие характеристики, чем стандартные плоские чип-резисторы МСТ 0603 и MCU 0805. Параметры так же Micro-MELF резисторов MMU 0102 и ММА 0204 превосходят параметры всех упомянутых моделей
В случае, когда разрабатываемое
устройство будет работать вне диапазона частот, соответствующего неравенству
0,8 < ╫Z╫/R < 1,2, или в случае, когда требуется очень точно определить
его частотные характеристики, необходимо учитывать не только внутренние,
но и внешние паразитные реактивные составляющие, что позволит компенсировать
их на нужных частотах. Наиболее простой и легкий способ ≈ моделировать
устройства с использованием не идеальных, а поставляемых производителем
моделей резисторов. Например, компания BC Components предоставляет точные
модели для схемы замещения (рис. 3) для всех своих резисторов. Отметим,
что внешние паразитные емкости Ci, возникающие между выводами компонента
и общим проводом, зависят от материала печатной платы и ее топологии,
а значит должны оцениваться и моделироваться разработчиком на уровне схемы,
а не производителем на уровне компонента. Для данной схемы замещения резистора
комплексное сопротивление рассчитывается по формуле:
Z = R╥(1 + jwL/R)/(1 √ w2LC + jwRC).
Так как значение члена w2LC
для высокочастотных резисторов, как правило, невелико, им можно пренебречь.
После такого упрощения приведенная выше формула примет вид:
Z = R╥(1 + jwL/R)/(1 + jwRC)
Это выражение показывает, что
частотные характеристики резисторов определяются отношением L/R и произведением
RC.
Если значения L/R и RC будут
равны, то импеданс резистора не будет зависеть от частоты. Однако такое
равенство очень сложно реализовать на практике.
Значения параметров схемы замещения
реальных резисторов получаются посредством сравнения зависимостей ╫Z╫/R,
построенных по измеренным параметрам матрицы рассеяния, с теоретически
рассчитанными кривыми. Отметим, что здесь учитываются не только модуль,
но и фаза этих характеристик.
Рис. 5. Частотные зависимости нагрузки тракта 50 Ом, выполненной из двух параллельно включенных резисторов MMU 0102 HF с номиналом 100 Ом, и стандартных нагрузок, реализованных на стандартных разъемах BNC и N типов
Как показано на рис. 4, высокочастотные
плоские чип-резисторы типа MCT 0603 HF обеспечивают вполне приемлемые
характеристики на частотах вплоть до 10 ГГц. Для критических приложений,
тем не менее, больше подходят MELF-резисторы MMU 0102 HF или MMA 0204
HF, успешно работающие на частотах до 38 ГГц. На рис. 5 показана частотная
зависимость нагрузки тракта 50 Ом, выполненной из двух параллельно включенных
резисторов MMU 0102 HF с номиналом 100 Ом (для дополнительного снижения
паразитной последовательной индуктивности), а также зависимости стандартных
нагрузок, реализованных на стандартных разъемах BNC и N типов.
CIE, ноябрь 1999
Тел.: 113 7001
E-mail: potapoff@rodnik.ru
|
ильдар пишет... чем можно заменить резистор SQR SW47RJ помогити 02/01/2013 13:34:24 |
| Ваш комментарий к статье | ||||
