INFORMATIONS ET CONSIDÉRATIONS IMPORTANTES POUR LA CONCEPTION DU PCB
Cette annexe présente les figures et les détails importants sur le PCB fabriqué dans l’objectif de faciliter la reproduction des mesures présentées dans ce mémoire.
Le manufacturier du PCB est ELEcrow. Le PCB utilise un substrat FR4 dont la constante diélectrique est de ~4.6 et d’une épaisseur de 0.6 mm. Une finition « Electroless nickel immersion gold » (ENIG) est nécessaire afin de permettre le montage des puces par fils d’or.
A-II.1 Schémas électriques du PCB des deux versions de détecteur et de l’amplificateur
Le PCB est subdivisé en trois circuits indépendants avec différentes configurations de branchements. Le schéma bloc de la Figure A II-1 présente les différents circuits ainsi que les différentes configurations de branchement. Selon la configuration sélectionnée, il est possible d’opérer chacun des circuits individuellement ou d’implémenter un système RF utilisant l’amplificateur et la version du détecteur qui n’utilise pas d’amplificateur de courant.
Les schémas électriques des circuits utilisés pour l’opération des deux versions du détecteur ainsi que pour l’amplificateur sont disponibles à la Figure-A II.2, la Figure-A II.3 et à la Figure-A II.4.
Figure-A II.2 Schéma électrique du PCB pour le détecteur utilisant l’amplificateur de courant
A-II.2 Valeurs des composantes discrètes du PCB utilisées lors des mesures expérimentales
Tableau-A I.1 Valeur des composantes discrètes du PCB pour les mesures expérimentales du détecteur d’enveloppe
Composante Valeur Composante Valeur
C21 0.5pF C29 470pF
C22 Circuit ouvert C30 Circuit ouvert
R22 1kΩ CXX (3) 470pF C23 9pF R12 Circuit ouvert C24 Circuit ouvert R13 220nF C25 Circuit ouvert R14 470µF C26 9pF R15 10µF C27 22nF L8 22nH C28 5.6nF L9 22nH
Tableau-A I.2 Valeur des composantes discrètes du PCB pour les mesures expérimentales de la matrice d’amplification
Composante Valeur Composante Valeur
C31 Circuit ouvert C45 10µF
C32 Circuit ouvert C46 220nF
C33 Circuit ouvert C47 Circuit ouvert
C34 Circuit ouvert C48 10µF
C35 Circuit ouvert C49 Court-circuit
C36 Circuit ouvert C50 22pF
C37 18nF CSWITCH* 22pF
C38 Circuit ouvert C51 2pF
C39 Circuit ouvert C51* Circuit ouvert
C40 220nF C52 1pF
C41 10µF L10 15nH
C42 470pF L11 15nH
C43 220nF L12 6.8nH
A-II.3 Synthèse du PCB et positionnement des sondes coaxiales miniatures pour minimiser les capacités parasites du PCB
Figure-A II-5 Synthèse du PCB du circuit pour le détecteur avec l’utilisation de l’amplificateur de courant
Figure-A II-6 Synthèse du PCB du circuit pour le détecteur sans l’amplificateur de courant
Figure-A II-7 Synthèse du PCB du circuit pour l'amplificateur de puissance RF
A-II.4 Montage de la puce
Les traces du PCB et les plots de la puce sont liés à l’aide de fils d’or (« wirebonds »). Afin d’avoir une mise à la masse la plus uniforme que possible, la couche de métal sous le PCB est utilisée comme plan de masse (« Ground plane »). Ensuite, la puce est collée sur une surface de métal qui est reliée au plan de masse par des VIAs. Ces mêmes VIAs aident aussi à dissiper la chaleur que produit la puce, particulièrement dans le cas de la matrice d’amplification, dont il est question au CHAPITRE 4. Finalement, la majorité des points de
masse de la puce est située sur le premier niveau de plots de la puce. De cette façon, il est possible de positionner les fils d’or directement sur la surface de métal utilisée comme masse. La distance d’extension de la surface de métal sous la puce est donc importante pour permettre le montage des fils d’or. Des gens d’expérience et les techniciens du département de génie électrique ont contribué à déterminer cette distance à 15 mils comme illustrée à la Figure-A II-8.
Figure-A II-8 Coupe transversale du PCB et de la puce
Ces fils d’or sont des inductances non négligeables à la fréquence d’opération de la puce, soit 1.88 GHz. C’est pourquoi la conception du PCB doit limiter la longueur des fils d’or où des signaux RF sont présents. Il est à noter que ces valeurs d’inductances ont été estimées à 0.6 nH lors des simulations.
La conception du PCB doit aussi prendre en compte la distribution uniforme des fils d’or. Il ne faut pas que les fils d’or s’entrecroisent ce qui pourrait mener à de mauvaises interactions de signaux et à une difficulté accrue lors du montage de la puce sur le PCB. Les deux captures d’écrans suivantes montrent les connexions entre la puce et les traces du PCB.
Figure-A II-9 Circuit autour de la puce incluant les connexions entre la puce et le PCB a) le détecteur avec l’amplificateur de courant
b) le détecteur sans l’amplificateur de courant
Voici un tableau listant quelques informations intéressantes sur les distances entre les plots de la puce et les traces.
Tableau-A II-3 Informations sur la longueur des fils d'or Détecteur avec amplificateur de courant (mils) Détecteur sans amplificateur de courant (mils)
Distance la plus longue 125 124
Distance la plus longue pour
une ligne RF 30,4 25
Distance avec le plan de
masse 12,5 12,5
Des tests expérimentaux avec l’équipement pour monter les fils d’or « Analogue Manual Ball Bonder »; modèle 4522 de la compagnie « Kulicke & Soffa » ont démontré qu’un déplacement de 6 mm, ou environs 235 mils, est possible. Aussi, après une évaluation conjointe avec les techniciens du département de génie électrique, ces longueurs de fil d’or
ainsi que le dimensionnement des plots présenté à la Figure-A I.2 sont acceptables au niveau du montage de la puce sur le PCB.
Les photos de la Figure A II-10 et Figure-A II-11 présentent le montage des puces et la configuration des fils d’or pour les mesures du détecteur et de la matrice d’amplification.
Figure-A II-10 Photo du montage de la puce pour les mesures du détecteur
Matrice d’amplification
Détecteur
avec
ampli. de
courant
Détecteur
sans
ampli. de
courant
Figure-A II-11 Photo du montage de la puce pour les mesures de l’amplificateur