Brevet FR2916601A1 — publié le 20081128

La présente invention concerne les cartes imprimées susceptibles de recevoir des connecteurs, notamment des connecteurs de test. Plus particulièrement, la présente invention concerne un perfectionnement à l'empreinte de report dudit connecteur sur la carte imprimée ainsi qu'un procédé de réalisation de ladite empreinte. La présente invention sera décrite en se référant à une carte imprimée sur laquelle sont montées des antennes de réception mais aussi la chaîne d'émission/réception, à savoir le circuit Front End Radio en langue anglaise pour des applications de communication sans fils. io Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut être utilisée sur toute carte imprimée nécessitant l'utilisation de connecteurs de test. Ainsi, comme montré schématiquement sur la figure 1 qui représente une carte imprimée du marché sur laquelle est monté un circuit 15 RF (radiofréquence), un connecteur de test référencé 1 est monté sur chacune des ligne s imprimée s 2 reliant une antenne imprimée telle que l'antenne 3 à une des entrées 4 d'un circuit RF référencé 5. Les connecteurs de test qui sont en fait des connecteurs miniatures, sont reportés automatiquement et définitivement sur la carte imprimée, entre les 20 antennes et le circuit RF. Comme représenté sur la figure 2 dont la partie de gauche concerne le mode opérationnel et la partie de droite le mode test d'un connecteur miniature, chaque connecteur comprend un système de commutation mécanique constitué principalement de deux lames 10, 1 1 se 25 chevauchant, la lame 10 étant reportée sur la ligne d'entrée côté circuit RF tandis que la lame 11 qui chevauche l'extrémité de la lame 10 est une lame élastique reportée et fixée sur la ligne de sortie côté antenne. Le fonctionnement d'un tel connecteur est le suivant. En mode opérationnel, les deux lames 10, 11 sont en court-circuit et le signal 30 émission/réception (E/R) du circuit RF est relié directement à l'antenne moyennant quelques pertes d'insertion. En mode test, une sonde coaxiale référencée 12 sur la figure 2, équipée d'un adaptateur approprié, est enfichée dans le connecteur de la carte. Ceci a pour effet de séparer la lame 11 de la lame 10 déconnectant ainsi la voie RF de la voie antenne et cela permet de récupérer le signal émission/réception (E/R) du circuit RF pour en effectuer la mesure. Actuellement, les empreintes de report d'un connecteur de test recommandées par les fabricants de connecteurs ont une forme telle que celle représentée à la figure 3. Ainsi, de manière plus précise, sur une partie du substrat 100 de la carte imprimée sont réalisées les deux lignes io métalliques d'alimentation 101, 102. Ces deux lignes se trouvent entre deux éléments de plan de masse 103, 104. A l'endroit de la fixation du connecteur, chacune des lignes se prolonge par un plot de soudure référencé 105, 106. D'autre part, quatre plots de soudure 107 permettent la fixation du connecteur sur la carte. Une empreinte en matériau conducteur 15 108 relie les deux plans de masse 103, 104 en passant entre les plots de soudure. Comme représenté sur la figure 3, cette empreinte est reliée par un trou métallisé 109 au plan de masse inférieur de la carte imprimée. D'autres trous métallisés relient aussi les plans de masse 103, 104 au plan 20 de masse inférieur. Les trous métallisés permettent d'assurer la continuité de masse entre les plans inférieur et supérieurs du substrat. Les simulations effectuées avec des connecteurs de test du marché montés sur une empreinte telle que décrite avec référence à la figure 3, montrent que la réponse en transmission (S21) est de type quasi 25 passe-bas pour la bande de fonctionnement choisie. Cette réponse est due essentiellement à la forme des pièces centrales du connecteur qui ont été conçues pour répondre à deux contraintes, à savoir : - Une contrainte mécanique consistant à assurer une connexion parfaite et fiable en mode opérationnel des deux pièces et une connexion 30 entre la pièce mobile des lames du connecteur de test en mode test. - Des contraintes électriques, à savoir assurer en particulier en mode opérationnel, une adaptation parfaite aux lignes d'accès d'impédance caractéristique 50 ohms dans la bande de fonctionnement spécifiée. La présente invention propose un perfectionnement à l'empreinte de report qui permet de créer une réponse filtrante sélective intégrée. La présente invention concerne une carte recevant au moins un connecteur, ladite carte étant constituée par un substrat diélectrique comportant, sur une première face, un premier plan de masse et sur une io seconde face, au moins deux lignes de transmission entre lesquelles est monté le connecteur et une empreinte, caractérisée en ce que l'empreinte comporte un premier élément positionné entre les deux lignes de transmission sous le connecteur, ledit premier élément formant avec le premier plan de masse, un élément capacitif et, à chaque extrémité du 15 premier élément, des seconds éléments formant avec le premier élément, un élément selfique et capacitif, lesdits seconds éléments se prolongeant chacun par un second plan de masse, les seconds plans de masse étant reliés au premier plan de masse. Selon un mode de réalisation, les premier et second éléments 20 sont constitués par des lignes conductrices. Les dimensions des lignes conductrices sont choisies pour que la fréquence de résonance des premier et second éléments formant des éléments capacitifs et sélectifs corresponde à la bande de fréquence à filtrer. 25 Selon une autre caractéristique de la présente invention dans le cas d'un substrat multicouches, au moins un plan conducteur flottant est placé sous le premier élément de l'empreinte. Selon un mode de réalisation, les seconds plans de masse sont reliés au premier plan de masse par un via ou trou métallisé positionné 30 près des seconds éléments de l'empreinte. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le connecteur est un connecteur miniature, notamment un connecteur de test. La présente invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une empreinte pour connecteur sur une carte imprimée comportant des étapes consistant à : -graver, sur la face du substrat opposée à la face recouverte d'un premier plan de masse, entre les deux lignes de transmission reliées au connecteur, une empreinte conductrice comprenant un premier élément perpendiculaire aux lignes de transmission formant avec le plan de masse io un élément capacitif et au moins à une extrémité du premier élément, un second élément formant avec le premier élément, un élément selfique et capacitif, l'empreinte se prolongeant sur ladite face par des seconds plans de masse et, - relier les seconds plans de masse au premier plan de masse par 15 des vias ou trous métallisés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux figures ci-annexées dans 20 lesquelles : La figure 1, déjà décrite, est une vue en plan de dessus d'une carte imprimée munie de connecteurs de test, disponible sur le marché. La figure 2, déjà décrite, est une vue en coupe très schématique expliquant le fonctionnement des connecteurs de test auxquels s'applique la 25 présente invention. La figure 3, déjà décrite, est une vue en plan schématique de l'empreinte réalisée sur une carte imprimée permettant le report d'un connecteur de test. La figure 4 est une vue en coupe montrant le report d'un 30 connecteur de test sur une carte imprimée, selon l'art antérieur. La figure 5 est un schéma électrique équivalent d'un connecteur avec empreinte tel que représenté à la figure 3. La figure 6 est une vue en plan de dessus d'une empreinte conforme à la présente invention pour le report sur une carte imprimée d'un connecteur. La figure 7 représente le schéma électrique équivalent du connecteur avec une empreinte tel que représenté à la figure 6. La figure 8 représente les courbes de transmission et d'adaptation de l'empreinte de la figure 6. io La figure 9 est une vue en plan de dessus d'un autre mode de réalisation d'une empreinte conforme à la présente invention. La figure 10 est une vue en perspective schématique d'un mode supplémentaire de réalisation d'une empreinte conforme à la présente invention. 15 Pour simplifier la description dans les figures, les mêmes éléments portent le plus souvent les mêmes références. On expliquera tout d'abord avec référence aux figures 4 et 5, le fonctionnement électrique d'une empreinte de report d'un connecteur selon l'art antérieur. 20 Comme représenté sur la figure 4, sur une carte imprimée formée d'un substrat diélectrique 100 muni sur sa face inférieure d'un plan de masse 109, ont été réalisées deux lignes d'accès métallisées 101, 102. Entre une extrémité de chacune de ces lignes, est monté un connecteur 120. Ce connecteur comporte à l'intérieur d'un boîtier 124, une première lame 25 métallique 121 en forme de U qui vient se souder à l'extrémité de la ligne 101 et une seconde lame métallique en forme de J 122 qui vient se souder à l'extrémité de la ligne 102. Entre les deux extrémités des lames 121, 122 est montée une lame centrale 123. Cette lame centrale est fixée à l'extrémité libre de la lame 121 et est mobile par rapport à l'extrémité libre de la lame 30 122. Le boîtier 124 est muni en son milieu d'une ouverture 125 destinée à recevoir la sonde de test. Entre les deux lignes d'accès 101, 102, est réalisée, sous le connecteur, une empreinte conductrice 111 qui est reliée au plan de masse 110 de la carte imprimée par l'intermédiaire d'un trou métallisé 109 ou via. Un test réalisé avec un montage tel que représenté à la figure 4 montre que la réponse en transmission S21 obtenue est de type quasi passe-bas sur une largeur de bande importante. La structure de la figure 4 peut donc être modélisée selon le schéma électrique équivalent de la figure 5, à savoir les ports P1 et P2 représentent les points de fixation des lames du connecteur sur les deux lignes d'accès. Les selfs Ls représentent la self io parasite des deux lames métalliques 121, 122 et Cp la capacité parasite de couplage entre ces lames métalliques et le plan de masse 111 traversant le connecteur, ce plan de masse étant relié au plan de masse 110 de la carte par l'intermédiaire du trou métallisé 109. La présente invention concerne une modification de l'empreinte 15 permettant d'intégrer directement une fonction de filtrage. Ce type d'empreinte avec fonction de filtrage intégré est particulièrement intéressant, car on évite ainsi l'intégration de filtres supplémentaires sur la carte. Il en résulte une diminution du coût de fabrication et un gain en encombrement. On décrira maintenant avec référence aux figures 6, 7 et 8, une 20 empreinte pour connecteur de test conforme à la présente invention. Sur la partie droite de la figure 6, on a représenté un mode de réalisation de l'empreinte tandis que la partie gauche représente une vue schématique de dessus de l'empreinte munie dudit connecteur. Ainsi, comme représenté sur la figure 6, sur une carte imprimée formée d'un substrat diélectrique 200 25 muni sur sa face inférieure d'un plan de masse, ont été réalisées deux lignes conductrices d'accès 201, 202. Entre les deux extrémités de ces lignes 201, 202 est monté un connecteur de test 220. Comme représenté sur la partie droite de la figure 6, entre les extrémités des deux lignes d'accès 201 et 202, est réalisée sur le substrat 30 200 une empreinte conductrice 203 comportant un premier élément 203a passant entre les deux extrémités 201 et 202, ce premier élément 203 est un bout de ligne dimensionné pour former un élément capacitif. Cet élément 203 se prolonge à chacune de ses extrémités par des seconds éléments 203b présentant une largeur plus importante que l'élément 203a. Les éléments 203b sont formés par des bouts de ligne dimensionnés pour réaliser des éléments selfiques et capacitifs. Le schéma électrique de l'empreinte réalisée ci-dessus sera expliqué de manière plus détaillée avec référence à la figure 7. Cette empreinte 203 se prolonge par des plans de masse supérieurs 204, 205 qui sont reliés au plan de masse inférieur non représenté par l'intermédiaire de trous métallisés ou vias 206. io Dans le mode de réalisation de la figure 6, à l'inverse des empreintes connues, l'empreinte 203 n'est pas reliée en son milieu au plan de masse inférieur. De ce fait, l'empreinte de la figure 6 munie du connecteur 220 peut être modélisée selon le schéma électrique équivalent de la figure 7. Dans ce cas, les ports P1 et P2 représentent les points de 15 fixation des lames du connecteur sur les deux lignes d'accès 201 et 202. Les selfs Ls représentent la self parasite des deux lames métalliques du connecteur 220 et Cpt la capacité parasite de couplage entre ces lames métalliques et l'élément conducteur 203a traversant le connecteur. Dans le cadre de la présente invention, cet élément 203a n'étant pas relié au plan de 20 masse, il forme un élément capacitif représenté par la capacité Cp2 correspondant à la capacité entre la ligne 203a et le plan de masse inférieur du substrat. Cette capacité Cp2 est montée en parallèle avec une self Lp qui représente la self parasite équivalente des éléments 203b qui prolongent la ligne 203a et la relie aux plans de masse 204 et 205 qui sont mis à la masse 25 par les trous métallisés 206. Une empreinte telle que décrite ci-dessus a été simulée en utilisant les éléments suivants : l'empreinte est réalisée sur un substrat de type FR4 d'épaisseur 1 mm et de permittivité 4,4. L'empreinte est réalisée en un matériau métallique tel que du 30 cuivre avec l'élément 203a présentant une largeur de 1.1 mm et une longueur de 2mm, les seconds éléments 203b présentant les dimensions suivantes 3mm*2.17mm. Ces dimensions ont été choisies de telle sorte que l'on obtienne les valeurs suivantes pour les selfs et les capacités du schéma électrique équivalent : Ls = 0.4 nH, Cpt = 0.7 pF, Cp2 = 0.2 pF, Lp = 0. 22 Nh. Avec les valeurs données ci-dessus, on obtient par simulation électromagnétique en utilisant le simulateur ADS de Agilent une réponse en io transmission S 21 et en réflexion S11 telles que représentées à la figure 8. Dans ce cas, l'empreinte ainsi réalisée permet d'obtenir une réjection à 11.5 GHz, on filtre ainsi les harmoniques 2 dans le cas d'une application sans fils à 5.5 GHz. On décrira maintenant avec référence à la figure 9, un autre mode 15 de réalisation d'une empreinte conforme à la présente invention. Comme représenté sur la partie droite de la figure 9, l'empreinte 203' se prolonge de chaque côté par des éléments de ligne 207. Dans ce cas, les plans de masse 204, 205 sont connectés au plan de masse inférieur par des vias 206 qui se trouvent plus éloignés de l'empreinte que dans le cas traditionnel. Le 20 connecteur 220 est soudé de manière identique au premier mode de réalisation, aux extrémités des lignes d'accès 201, 202. Comme représenté sur la partie droite de la figure 9, l'élément de ligne supplémentaire 207 présente une longueur de 3.3 mm et une largeur de 1.1 mm. Les vias métallisés 206 se trouvent à une distance 0.5 mm de 25 l'extrémité de l'élément 207. Cette longueur de ligne plus importante entraîne une modification de la fréquence de résonance en modifiant la valeur selfique. On décrira maintenant avec référence à la figure 10, un autre mode de réalisation d'une empreinte conforme à la présente invention. Dans 30 ce cas, le substrat utilisé est un substrat multicouche qui présente l'avantage d'avoir un degré de liberté supplémentaire pour la conception d'une empreinte permettant de répondre à un gabarit de filtrage particulier en terme de fréquence centrale et de largeur de bande. Comme représenté à la figure 10, la référence 300 désigne schématiquement le substrat. Sur la partie supérieure du substrat ont été réalisées deux lignes d'accès 301, 302 entre les extrémités desquelles est formée l'empreinte 303 conforme à la présente invention. Entre les deux extrémités des lignes 301 et 302 sont aussi montées les deux lames du connecteur, comme mentionné ci-dessus. L'empreinte 303 comporte, comme l'empreinte de la figure 6, un premier élément 300a qui se prolonge de io chaque côté par deux éléments perpendiculaires 300b ayant un effet selfique et capacitif. L'empreinte 303 est connectée de chaque côté à un plan de masse supérieur 304 qui est relié par des trous métallisés 306 au plan de masse inférieur du substrat 300. Comme représenté clairement sur la figure 10, en dessous de 15 l'empreinte 303 est réalisé un élément conducteur 307 flottant. Cet élément permet d'obtenir un élargissement de la largeur de la bande de réjection. Les empreintes décrites ci-dessus intègrent une fonction filtrante sélective. Il n'est plus nécessaire d'ajouter un composant externe pour réaliser cette fonction. REVENDICATIONS 1. Carte recevant au moins un connecteur, ladite carte étant constituée par un substrat diélectrique (200, 300) comportant sur une première face un premier plan de masse et sur une seconde face au moins deux lignes de transmission (201, 202 ; 301, 302) entre lesquelles est monté le connecteur (220) et une empreinte (203, 303), caractérisée en ce que l'empreinte comporte un premier élément (203a, 303a) positionné entre les deux lignes de transmission sous le connecteur, ledit premier élément formant avec le premier plan de masse un élément capacitif, et à chaque extrémité du premier élément, des seconds éléments (203b, 303b) formant avec le premier élément un élément selfique et capacitif, lesdits seconds éléments se prolongeant chacun par un second plan de masse (204, 205, 304), les seconds plans de masse étant reliés au premier plan de masse. 2. Carte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier (203a, 303a) et seconds (203b, 303b) éléments sont constitués par des lignes conductrices. 3. Carte selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dimensions des lignes conductrices sont choisies pour que la fréquence de résonance des premier et seconds éléments formant des éléments capacitifs et selfiques correspondent à la fréquence à filtrer. 4. Carte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en en ce que, dans le cas d'un substrat multicouche, au moins un plan conducteur flottant (307) est placé sous l'empreinte (303). 5. Carte selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que les seconds plans de masse (204, 205 ; 304) sontIl reliés au premier plan de masse par au moins un via (206, 306) positionné près des seconds éléments de l'empreinte. 6. Carte selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce que le connecteur est un connecteur de test (220). 7. Procédé de réalisation d'une empreinte pour connecteur sur une carte imprimée comportant les étapes consistant à : - graver, sur la face du substrat opposée à la face recouvert d'un io premier plan de masse, entre les deux lignes de transmission reliées au connecteur, une empreinte conductrice comprenant un premier élément perpendiculaire aux lignes de transmission formant avec le plan de masse un élément capacitif et au moins à une extrémité du premier élément, un second élément formant avec le premier élément, un élément selfique et 15 capacitif, l'empreinte se prolongeant sur ladite face par des seconds plans de masse et, - relier les seconds plans de masse au premier plan de masse par des vias ou trous métallisés.