GPS aktiv antennkoppling

[Rick81]

Har tidigare haft en tråd om detta, trodde jag löst problemet men det hade jag inte.

Jag har problem med att få mottagning med en intern aktiv GPS antenn.

Rekommenderat schema från tillverkare av GPS modulen är:


Jag har använt en extern antenn och då fungerar denna koppling bra.

När jag försökt med en intern antenn (med sämre gain) så hittades inga satelliter alls.

När jag kortslöt C2 (ersatte med 0 motstånd) så hittade jag satelliter med intern antenn och det funkade ett tag men har nu bränt två moduler pga att DC strömmen in i GPS modulen blir för stor.

Så min slutsats är:
Kondensator C3 på 33 pF dämpar GPS signalen (som kommer från RF Test connector) på 1575 MHz, men det behövs en kondensator här för att hindra DC strömmen. Frågan är vad ska denna kondensator ha för värde för att inte dämpa GPS signalen?

Jag har inte monterat L1 och L2. Jag är osäker på om det behövs kondensatorer där för att hålla en biasnivå som den svaga GPS signalen kan svänga runt. I så fall vilka värden ska dessa har för att hålla DC nivå men inte kortsluta GPS signal? Vet inte heller om C1 behövs och i så fall vilket värde den ska.

[xxargs]

Du måste bygga med RF i tankarna - dvs. anpassade ledare mellan komponenterna (läs microstrip) och komponentplaceringsordning är livsviktigt, tex. ha drosseln närmast signalledaren och inte som du nu har 10 Ohms-motstånden närmast ledaren och drosseln först lite längre bort - detta för att benet på 'T' skall bli så kort den kan så att du inte får en RF-mässigt aktiv 'stubbe' (ena polen på drosseln bör lödas 'på' själva signalledaren vilket minskar längden benet på 'T' till nästan ingen sträcka alls).

Allt förutsätter att det är ytmonterat med små komponenter - att det är impedansmatchad microstripledare mellan komponenterna och gentemot jordplanet under, komponenterna är avsedda för RF-frekvenser (det är ju ~1500 MHz) och värdena valda så att det inte jobbar över självresonanspunkten på tex drosslar/induktanser.

I RF-design så är väldigt stor del av jobbet just på kretskortsidan eftersom hur man lägger ledarna där har oehörd inverkan på slutresultatet - i ditt fall känsligheten.

En 'intern' antenn har för det mesta sämre känslighet än en extern dito - så detta kan vara en av förklaringarna till att interna antennen inte fungerar så bra.

Till detta så är signalenergin från satelliterna väldigt låg och nyttiga signalenergin ligger typiskt 25 dB under den termiska brusnivån utomhus (ca -129 dBm vid 30 kHz bandbredd räknat, vilket gör att GPS-signalen ligger på ca -154 dBm/30 kHz bandbredd - och även om man räknar på 1 MHz bandbredd så är förhållande samma), vilket innebär att antenn med förstärkarelement måste byggas mycket lågbrusigt så att man inte adderar på extra termisk brus i onödan genom långa kablar och klumpigt utförd ingångssteg och signalenergin kanske istället ligger 30 dB under den termiska brusgolvet vid mottagaren och det räcker för att det skall sluta att fungera.


GPS-mottagare har löjligt lite dynamik och kan mättas om signalen höjs tex. 40 dB högre än normalnivå - att sätta högar med aktiva antennförstärkare efter varandra är heller ingen lösning och antennförstärkaren i antennpucken är egentligen bara till för att kompensera kabelförlusten mellan antenn och mottagare med några, kanske 10 dB extra i marginal.

[Rick81]

Så här har gjort:




Samtliga komponenter är 0805.

Kan du kolla och förklara vad som borde justeras. Berätta även hur du kommer fram till detta. Jag har inte riktig koll och vet inte var jag ska hitta informationen....

[xxargs]

Första observationen är att du har ingen jordplan - om du inte har gömt denna i visningen, L2 och R5 borde byta plats, ledarbredden är förmodligen helt fel och ledare går fram och tillbaka hej vilt vilket gör att de kommer att agera parasitinduktanser och skapa olika filterverkan istället för att vara en signalledare.

C1, C21 är förvisso angiven NC men paddarna i sig påverkar om de gör avstickare det minsta lilla, så behövs de inte - ta bort dom helt.

Tredje kondingen till höger i din utklipp - var gör den? - fanns inte i ritningen du la in tidigare och den kan vara katastrofal om det sitter en konding på denna mot jord då impedansen välter fullständigt.

Princip skall ledaren gå i rak ifrån GPS-kontakten in på pinnen till IC:n , man kan skära upp ledaren för ett avbrott (eller lägger in pad) för att löda in DC-blockeringskonding över avbrottet - ytterligare komponenter på resp sida skall lödas in som kvistar på en stam där signalledaren är själva stammen, med ena padden på själva signalledaren till närmaste komponenten - dvs. inga utgreningar eller T-stubbar med tex. paddar för konding i andra ändan då sådan fungerar som parasitkomponenter. Sådan syns tydligt redan vid 400 MHz och jag kan lova dig att det blir inte lättare vid 1525 MHz...

Du skall också ha jordplan under ledaren och även en bit in under kretsen och jordplanet skall vara kopplad till din GPS-kontakts jordsida likväl som IC-kretsens jordningar med ett antal viahål. komponenter som inte har något med signalledaren skall placeras långt ifrån signalledaren (typ minst 5 mm avstånd) så att man inte arbetar i närfältet från microstrippen och tappar av effekt och påverkar impedansen på ledaren.

Signalledarens bredd bestäms för en given impedans (oftast 50 Ohm) av kortets tjocklek till jordplan samt vilket material själva kretskortet är gjord av.

Med andra ord om din visade PCB-stämmer, så får du göra om hela den biten - du har säkert appnot på kretsen med layout-förslag hur antenninkopplingen skall göras, då detta är viktig bit som inte kan slarvas med om du skall behålla så bra känslighet det går. Och ja, det kommer att ta plats, RF-delen är en typisk del som inte går att kompaktera lika mycket som andra delar med strömförsörjning och annan digitalsnusk och är den delen tillsammans med kontakter är det som skall caddas först och alla andra komponenter får anpassas efter detta senare.


Läs lite om microstrip och där bör du hitta dom ekvationer som behövs för att räkna ut bredden signalledare och den kommer vara flera mm bred om det är 50 Ohms system.

[Rick81]

Tack för tipsen.

Jag har dubbla jordplan (4 lagers kort), men dolde dem i bilden. Dessutom är både topp och botten lager fyllda med jordplan där det finns plats. Dock tappar Eagle detta mellan man sparar och öppna den.

Både antennkontakt och IC är kopplade mot jordplanen via flera vior.

L2 och R5 kan jag lätt byta plats på.

Det är 50 Ohms impedans som gäller.

Jag tycker att ledaren går så rakt som det går in på GPS chippet, se signalväg markerad i vitt:


Men signalen går igenom kretskort (från topp till botten lager). Är detta ett problem?

Är detta korrekt sätt att beräkna ledarbredd?
http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/tool/ms_line_e.htm

Jag är osäker på om C1 och C21 behövs. Likväl är kondningen till höger för att eventuellt kunna ge en biasnivå.

Tyvärr finns det ingen appnote för GPSchippet hur PCB ska vara, endast schema.

Vad tror du om 33 PF kondensatorn? Är värdet ok?

[Henry]

Dock tappar Eagle detta mellan man sparar och öppna den.

Även om du trycker på Ratsnest efteråt?

[Rick81]

Jo, kör man ratnest så uppdateras jordplanen.

xxargs:
Vad tror du om denna PCB?



Jag har gjort enligt dina förslag, ledningen är 1.8496 mm som jag fick fram genom sidan jag länkade till-

Men jag måste ju smalna av ledare vid GPS chippet, UFL kontakten och kondensatorn. Hur gör man denna på bästa sätta?


Jag funderar även på att ändra 3.3 V till 5V. Då ökar gain på antennen från 28 dB till 29 dB. Kan jag göra detta utan att bränna ytterligare ett GPS chip? 5 V är över matningsspänningen på GPS chippet som är 3.8 V. Kondensatorn borde ju hindra, men bästa att rådfråga så jag inte gör någon mer dumhet.....

[xxargs]

Du får nog skaffa lite mer utrymme i 'avbrotten' tex genom att sätta SMD-paddar, (dvs att ledaren blir tvärt avhugget och inte runda som det är nu, nu är det på gränsen att de går ihop, dessutom bör det vara avstånd, gap mellan paddarna eftersom paddändarna är kapacitivt kopplande och kan tex minska värde eller flytta på självresonanspunkten på L2 ) sedan bör du flytta L2 så att ena padden är på själva ledaren till strax innan C24 så att du inte skapar ett 'L' där då armen ned mot L2 blir en stubbe som kan påverka.

Sedan kommer man inte ifrån att man blir tvungen att smalna av ledare strax innan tex. benen på IC och det gäller att hålla den smalare sträckan så kort det praktiskt går - det blir ofta att hitta på lösningar med koppar etc. då många PCB-CAD program inte stöder att kunna variera bredden efter hand när man drar ledare.

[Rick81]

Vad tror du om detta=

[Rick81]

Med alla jordlager och vior som forbinder jordplan

[Rick81]

Har lite problem med att beräkna ledningsbredden.

Man beöver er, t, h och f för att få fram denna, enligt
http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/tool/ms_line_e.htm




Dessa har jag fått fram
er = 4.5 (material FR4)
t = 35.56 us (koppartjocklek = 1 oz)
f = 1575 MHz

Men hur vet jag h? Har frågat mönsterkorttillverkaren, väntar på svar. Finns det något annat sätt att ta reda på denna? Kretkorten är 1 mm tjocka, men jag antar att h menar från ledningsbanan till närmsta jordplan? Och detta går väl inte fram?

[xxargs]

det är till närmaste jordplan som det skall räknas ifrån - allt under första jordplan är ju sas. osynligt om allt är rätt gjort

[eqlazer]

Ett exempel på avståndet du kan ha mellan ytterlager och första innerlagret är 0,23 mm.
Kolla Cogras lageruppbyggnad för 4-lagers: http://www.cogra.se/produkter/
Mönsterkortsleverantörer som levererar för hobbybruk kanske du inte kan påverka så mycket, men hos andra kan du speca vad du själv vill ha (annat än "standard" kostar ju såklart).

[Rick81]

om h = 0,23 mm så betyder det att ledningsbredd blir bara 0.4 mm enligt sidan.

xxargs: Verkar detta rimligt?


Jag funderar även på att lägga till en förstärkare för GPS signalen:
http://se.farnell.com/nxp/bgu8007-115/m ... dp/2400500

Vad tror ni om detta? Ger det något eller är det signal-brusförhållandet som sätter begränsningen?

[Rick81]

Senaste omcaddningen:


Kommentarer?