Dissertations / Theses on the topic 'PCB design'

I denne oppgaven studerte man design av integrert antenne for 433 MHz. Det ble valgt å designe en invertert-F-antenne for bruk i røykvarsler produsert av ICAS AS. Invertert-F-antenne har den fordelen over monopolen at den tar mindre plass, og den er lettere å tilpasse til 50 ohm enn invertert-L-antenne. Man konsentrerte seg om fire hovedparametere ved tilpassinga av antenna; dimensjonene $h$, $d$, $w$, $l$. Man fant at høyden mellom jordplanet og antenneelementet, $h$, er en vanskelig parameter å bruke til tilpassning og bør bestemmes først. En økning i bredden på antenneelementet, $w$, gir bedring i refleksjonstap og båndbredde, opp til en gitt bredde, før det stabiliserte seg og $w$ bare endret på resonansfrekvensen. De to viktigste tilpassningsparametrene var lengden på antenneelementet, $l$, og avstanden mellom jord- og matebeinet $d$. Begge hadde innvirkning på resonansfrekvens og impedans, men $d$ hadde størst betydning for endring av reaktans, mens $l$ var mest utslagsgivende for resonansfrekvensen. $d$ ble derfor brukt til å tilpasse reaktansen og $l$ til å justere resonansfrekvensen. Siden begge parametrene virket inn på både resonansfrekvens og impedans, måtte man kompensere med den ene dimensjonen ved endring av den andre dimensjonen. Størrelsen på jordplanet er en veldig kritisk faktor ved utvikling av integrerte antenner. Da størrelsen på jordplanet minket, ble antenna mer kapasitiv. En fant at bredden på jordplanet, det vil si lengden på jordplanet som lå parallelt med antenna, var mer kritisk enn høyden. Det viste seg å være en øvre grense i jordplanstørrelsen der impedansen sluttet å endre seg. Hovedproblemet med det lille jordplanet i antennedesignet, var at den høye kapasitansen som oppstod måtte utliknes ved hjelp av en tilsvarende sterk induktans på antenna. Hvis man vurderer vanlig filterteori ser man at store reaktansverdier gir lavere båndbredde. Den største utfordringen i dette arbeidet var å måle på antennene fordi røykvarsleren som antenna ble konstruert for, hadde et elektrisk lite jordplan. For at en monopolantenne skal fungere optimalt må den reflekteres i et uendelig stort jordplan, slik at det ser ut som en dipol i fjernfeltet. Siden jordplanet var lite, ble antenna usymmetrisk og man fikk sterke strømmer i jordplanet. Da ANA ble koblet til for å måle på antenna, fant disse strømmene veien inn i jordkappa på coax-kabelen. Problemet som da oppstod var at antenna så et mye større jordplan, bestående av antennas jordplan, coax-kabelen og ANA. For å blokkere strømmen i jordkappa, og dermed isolere jordplanet for seg selv, prøvde man å koble både feritter og bazookabalun på coax-kabelen. Ferittene viste seg å ha svært liten innvirkning. Ved å legga hånda på coax-kabelen ville man gi utslag på $s_{11}$-målinger hvis det gikk strøm i jordkappa. Det ble store utslag ved målinger med og uten feritter, mens ved bruk av balun var det nært ingen utslag. Målingene med balun ga et akseptabelt avvik fra simuleringene. Bruk av feritter er bare å anbefale på elektrisk store antenner. Da gir kabelen refleksjoner og spredeeffekter som kan hindres ved å koble flere feritter langs kabelen. På antenner med små jordplan er det ikke like enkelt. Da får man en strøm på jordkappa som resultat av lite jordplan. Denne strømmen kan reflekteres ved hjelp av feritter, men det ble funnet at de også vil absorbere en del av energien. Anbefalingen falt derfor på bazookabalun. Balunen vil reflektere all strømmen i jordkappa uten å absorbere. Dimensjonene på balunen er ikke viktig, bortsett fra lengden på røret, som bestemmer senterfrekvensen. Båndbredden til det endelige utkastet ble målt til 6 MHz i fem forskjellige tilstander. Resonansfrekvensen endret seg fra 429 MHz på betong til 433 MHz på treverk. Festet på betong var båndet til røykvarsleren utenfor ETSI-båndet, 433,05 MHz - 434,79 MHz. En økning i resonansfrekvensen med 3 MHz hadde plassert antenna rundt ETSI-båndet for alle tilstander antenna ble målt i. Balunen hadde en båndbredde som lå under resonansfrekvensen til antenna alene, men dekket resonansfrekvens for antenne montert i røykvarsler. Det ble derfor ikke gjort målinger ved resonansfrekvens på antenna, men ved 435 MHz, som lå i balunens bånd. De simulerte strålingsdiagrammene for 433 MHz og antennas simulerte resonansfrekvens, 473 MHz, var svært like så man antok at målinger på 435 MHz ville gi en bedre tilnærming til antennas strålingsdiagram ved resonansfrekvens enn målinger gjort ved resonansfrekvensen uten balun. Den målte strålingen likner lite på simuleringene, men det har i den store sammenhengen lite å si for den endelige løsningen. Strålingen viste seg å være svært avhengig av hva som befant seg innenfor nærfeltet til antenna. Røykvarslerens utforming, samt vegger og tak røykvarsleren festes til, er derfor avgjørende faktorer for røykvarslerens endelige strålingsdiagram. For å være sikker på at båndbredden er god nok, og at rekkevidde og direktivitet er akseptabel, må røykvarsleren ferdigstilles med radiobrikke og måles alene.

This thesis focuses on the design and evaluation of the meander-line antenna geometry. One standard meander-line antenna and other two non-standard meander antennas have been studied. These printed antennas are discussed with the goal of identifying which is suitable for use in a miniaturized wireless transceiver design and which is able to provide the better performance using minimal Printed Circuit Board (PCB) space. In a word, the main objective is to characterize tradeoffs and identify which antenna provides the best compromise among volume, bandwidth and efficiency.

The performance of each antenna is evaluated based on return loss, operational bandwidth, and radiation pattern characteristics. During our measurement, return loss is measured by reading the S11-port reflection coefficient on Vector Network Analyzer (VNA). This coefficient can be used to characterize how well the antenna is able to be efficiently fed. Operational bandwidth is measured as the frequency range over which the antenna keeps the value of Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) or equivalently has -10dB return loss. Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) is used to simulate expected characteristics which are resonant frequency, bandwidth, VSWR, and radiation pattern. HFSS is used to provide a good guide for the antenna design before the actual prototype is manufactured. Simulated results are compared with results of measurement to point out the differences and help demonstrate the practical effects on antenna performance. Radiation pattern are measured to illustrate the effects of antenna miniaturization. All the above measurements are done in the anechoic chamber.

The goals for most of today’s receiver system are sampling at high-speed, with high resolution and with as few errors as possible. This master thesis describes the design of a high-speed sampling system with"state-of-the-art"components available on the market. The system is designed with a parallel Analog-to-digital converter (ADC) architecture, also called time interleaving. It aims to increase the sampling speed of the system. The system described in this report uses four 12-bits ADCs in parallel. Each ADC can sample at 125 MHz and the total sampling speed will then theoretically become 500 Ms/s. The system has been implemented and manufactured on a printed circuit board (PCB). Up to four boards can be connected in parallel to get 2 Gs/s theoretically.

In an approach to increase the systems performance even further, a timing error estimation algorithm will be used on the sampled data. This algorithm estimates the timing errors that occur when sampling with non-uniform time interval between samples. After the estimations, the sampling clocks can be adjusted to correct the errors.

This thesis is concerning some ADC theory, system design and PCB implementation. It also describes how to test and measure the system’s performance. No measurement results are presented in this thesis because measurements will be done after this project. The last part of the thesis discusses future improvementsto achieve even higher performance.

The FDR (Frequency Disturbance Recorder) is a data acquisition device for the power system. The device is portable and can be used with any residential wall outlet for frequency data collection. Furthermore, the FDR transmits calculated frequency data to the web for access by authorized users via Ethernet connection. As a result, Virginia Tech implemented Frequency Monitoring Network (FNET) with these FDR devices. FNET is a collection of identical FDRs placed in different measurement sites to allow for data integration and comparison. Frequency is an important factor for power system control and stabilization. With funding and support provided by ABB, TVA and NSF the FDRs are placed strategically all over the United States for frequency analysis, power system protection and monitoring.

The purpose of this study is to refine the current FDR hardware design and establish a new design that will physically fit all the components on one Printed Circuit Board (PCB). At the same time, the software that is to be implemented on the new board is to be kept similar if not the same as that of the current design. The current FDR uses the Axiom CME555 development board and it is interfaced to the external devices through its communication ports. Even through the CME555 board is able to meet the demands of the basic FDR operations, there are still several problems associated with this design. This paper will address some of those hardware problems, as well as propose a new board design that is specifically aimed for operations of FDR.