Weens die klein grootte en grootte is daar byna geen bestaande gedrukte stroombaanstandaarde vir die groeiende draagbare IoT-mark nie. Voordat hierdie standaarde uitgekom het, moes ons staatmaak op die kennis en vervaardigingservaring wat in raadvlakontwikkeling geleer is en dink oor hoe om dit op unieke opkomende uitdagings toe te pas. Daar is drie areas wat ons spesiale aandag verg. Dit is: stroombaanoppervlakmateriaal, RF/mikrogolfontwerp en RF-transmissielyne.

PCB materiaal

"PCB" bestaan ​​gewoonlik uit laminate, wat gemaak kan word van veselversterkte epoksie (FR4), poliimied of Rogers-materiale of ander gelamineerde materiale. Die isolasiemateriaal tussen die verskillende lae word 'n prepreg genoem.

draagbare toestelle vereis hoë betroubaarheid, so wanneer PCB-ontwerpers voor die keuse staan ​​om FR4 (die mees koste-effektiewe PCB-vervaardigingsmateriaal) of meer gevorderde en duurder materiale te gebruik, sal dit 'n probleem word.

As draagbare PCB-toepassings hoëspoed-, hoëfrekwensiemateriaal benodig, is FR4 dalk nie die beste keuse nie. Die diëlektriese konstante (Dk) van FR4 is 4,5, die diëlektriese konstante van die meer gevorderde Rogers 4003-reeks materiaal is 3,55, en die diëlektriese konstante van die broer-reeks Rogers 4350 is 3,66.

“Die diëlektriese konstante van 'n laminaat verwys na die verhouding van die kapasitansie of energie tussen 'n paar geleiers naby die laminaat tot die kapasitansie of energie tussen die paar geleiers in vakuum. By hoë frekwensies is dit die beste om 'n klein verlies te hê. Daarom is Roger 4350 met 'n diëlektriese konstante van 3.66 meer geskik vir hoërfrekwensietoepassings as FR4 met 'n diëlektriese konstante van 4.5.

Onder normale omstandighede wissel die aantal PCB-lae vir draagbare toestelle van 4 tot 8 lae. Die beginsel van laagkonstruksie is dat as dit 'n 8-laag PCB is, dit genoeg grond- en kraglae moet kan verskaf en die bedradingslaag inmekaarsteek. Sodoende kan die rimpeleffek in oorspraak tot die minimum beperk word en kan elektromagnetiese interferensie (EMI) aansienlik verminder word.

In die ontwerpstadium van die kringborduitleg is die uitlegplan gewoonlik om 'n groot grondlaag naby die kragverspreidingslaag te plaas. Dit kan 'n baie lae rimpeleffek vorm, en die stelselgeraas kan ook tot byna nul verminder word. Dit is veral belangrik vir die radiofrekwensie substelsel.

In vergelyking met Rogers-materiaal, het FR4 'n hoër dissipasiefaktor (Df), veral by hoë frekwensie. Vir hoër werkverrigting FR4-laminate is die Df-waarde ongeveer 0,002, wat 'n orde van grootte beter is as gewone FR4. Rogers se stapel is egter net 0,001 of minder. Wanneer FR4-materiaal vir hoëfrekwensietoepassings gebruik word, sal daar 'n beduidende verskil in invoegverlies wees. Invoegingsverlies word gedefinieer as die kragverlies van die sein vanaf punt A na punt B wanneer FR4, Rogers of ander materiale gebruik word.

probleme skep

Drabare PCB vereis strenger impedansiebeheer. Dit is 'n belangrike faktor vir draagbare toestelle. Impedansie-passing kan skoner seinoordrag produseer. Vroeër was die standaardtoleransie vir seindraende spore ±10%. Hierdie aanwyser is natuurlik nie goed genoeg vir vandag se hoëfrekwensie- en hoëspoedkringe nie. Die huidige vereiste is ±7%, en in sommige gevalle selfs ±5% of minder. Hierdie parameter en ander veranderlikes sal die vervaardiging van hierdie draagbare PCB's ernstig beïnvloed met besonder streng impedansiebeheer, en sodoende die aantal besighede wat dit kan vervaardig, beperk.

Die diëlektriese konstante toleransie van die laminaat gemaak van Rogers UHF-materiale word oor die algemeen op ±2% gehandhaaf, en sommige produkte kan selfs ±1% bereik. Daarteenoor is die diëlektriese konstante toleransie van die FR4-laminaat so hoog as 10%. Daarom, vergelyk Hierdie twee materiale kan gevind word dat Rogers se invoegverlies besonder laag is. In vergelyking met tradisionele FR4-materiale, is die oordragverlies en invoegverlies van die Rogers-stapel die helfte laer.

In die meeste gevalle is koste die belangrikste. Rogers kan egter relatief lae-verlies hoëfrekwensie-laminaatprestasie teen 'n aanvaarbare pryspunt lewer. Vir kommersiële toepassings kan Rogers 'n hibriede PCB gemaak word met epoksie-gebaseerde FR4, waarvan sommige lae Rogers-materiaal gebruik, en ander lae gebruik FR4.

By die keuse van 'n Rogers-stapel, is frekwensie die primêre oorweging. Wanneer die frekwensie 500MHz oorskry, is PCB-ontwerpers geneig om Rogers-materiaal te kies, veral vir RF/mikrogolfbane, omdat hierdie materiale hoër werkverrigting kan lewer wanneer die boonste spore streng deur impedansie beheer word.

In vergelyking met FR4-materiaal, kan Rogers-materiaal ook laer diëlektriese verlies lewer, en sy diëlektriese konstante is stabiel in 'n wye frekwensiereeks. Daarbenewens kan Rogers-materiaal die ideale lae invoegverlies-prestasie verskaf wat deur hoëfrekwensiewerking vereis word.

Die koëffisiënt van termiese uitsetting (CTE) van Rogers 4000-reeks materiale het uitstekende dimensionele stabiliteit. Dit beteken dat in vergelyking met FR4, wanneer die PCB koue, warm en baie warm hervloei soldeersiklusse ondergaan, die termiese uitsetting en sametrekking van die stroombaanbord by 'n stabiele limiet onder hoër frekwensie en hoër temperatuur siklusse gehandhaaf kan word.

In die geval van gemengde stapeling is dit maklik om algemene vervaardigingsprosestegnologie te gebruik om Rogers en hoëprestasie FR4 saam te meng, dus is dit relatief maklik om hoë vervaardigingsopbrengs te behaal. Die Rogers-stapel benodig nie 'n spesiale voorbereidingsproses nie.

Algemene FR4 kan nie baie betroubare elektriese werkverrigting bereik nie, maar hoëprestasie FR4-materiaal het wel goeie betroubaarheidseienskappe, soos hoër Tg, steeds relatief lae koste, en kan in 'n wye reeks toepassings gebruik word, van eenvoudige oudio-ontwerp tot komplekse mikrogolftoepassings .

RF/Mikrogolf ontwerp oorwegings

Draagbare tegnologie en Bluetooth het die weg gebaan vir RF/mikrogolftoepassings in draagbare toestelle. Vandag se frekwensiereeks word al hoe meer dinamies. 'n Paar jaar gelede is baie hoë frekwensie (VHF) gedefinieer as 2GHz~3GHz. Maar nou kan ons ultrahoë frekwensie (UHF) toepassings sien wat wissel van 10GHz tot 25GHz.

Daarom, vir die draagbare PCB, vereis die RF-deel meer aandag aan die bedradingkwessies, en die seine moet afsonderlik geskei word, en die spore wat hoëfrekwensie-seine genereer, moet weggehou word van die grond. Ander oorwegings sluit in: die verskaffing van 'n omleidingsfilter, voldoende ontkoppelkapasitors, aarding, en die ontwerp van die transmissielyn en terugvoerlyn om byna gelyk te wees.

Bypassfilter kan die rimpeleffek van geraasinhoud en oorspraak onderdruk. Ontkoppelkapasitors moet nader aan die toestelpenne geplaas word wat kragseine dra.

Hoëspoed transmissielyne en seinstroombane vereis dat 'n grondlaag tussen die kraglaagseine geplaas word om die jitter wat deur ruisseine gegenereer word, glad te maak. By hoër seinspoed sal klein impedansie-wanaanpassings ongebalanseerde transmissie en ontvangs van seine veroorsaak, wat tot vervorming lei. Daarom moet spesiale aandag gegee word aan die impedansie-passingsprobleem wat verband hou met die radiofrekwensiesein, omdat die radiofrekwensiesein 'n hoë spoed en 'n spesiale toleransie het.

RF-transmissielyne benodig beheerde impedansie om RF-seine vanaf 'n spesifieke IC-substraat na die PCB te stuur. Hierdie transmissielyne kan op die buitenste laag, boonste laag en onderste laag geïmplementeer word, of kan in die middelste laag ontwerp word.

Die metodes wat tydens PCB RF-ontwerpuitleg gebruik word, is mikrostrooklyn, drywende strooklyn, koplanêre golfleier of aarding. Die mikrostrooklyn bestaan ​​uit 'n vaste lengte metaal of spore en die hele grondvlak of deel van die grondvlak direk daaronder. Die kenmerkende impedansie in die algemene mikrostrooklynstruktuur wissel van 50Ω tot 75Ω.

Swaai strooklyn is nog 'n metode van bedrading en geraasonderdrukking. Hierdie lyn bestaan ​​uit vaste-wydte bedrading op die binneste laag en 'n groot grondvlak bo en onder die middelgeleier. Die grondvlak is tussen die kragvlak vasgedruk, so dit kan 'n baie effektiewe aardingseffek bied. Dit is die voorkeurmetode vir draagbare PCB RF-seinbedrading.

Koplanêre golfleier kan beter isolasie verskaf naby die RF-stroombaan en die stroombaan wat nader gelei moet word. Hierdie medium bestaan ​​uit 'n sentrale geleier en grondvlakke aan weerskante of onder. Die beste manier om radiofrekwensieseine uit te stuur, is om strooklyne of koplanêre golfleiers op te skort. Hierdie twee metodes kan beter isolasie tussen die sein en RF spore verskaf.

Dit word aanbeveel om die sogenaamde "via heining" aan beide kante van die koplanêre golfleier te gebruik. Hierdie metode kan 'n ry grond-via's op elke metaalgrondvlak van die middelgeleier verskaf. Die hoofspoor wat in die middel loop, het heinings aan elke kant, wat dus 'n kortpad bied vir die terugkeerstroom na die grond onder. Hierdie metode kan die geraasvlak wat verband hou met die hoë rimpeleffek van die RF-sein verminder. Die diëlektriese konstante van 4.5 bly dieselfde as die FR4-materiaal van die prepreg, terwyl die diëlektriese konstante van die prepreg—van mikrostrook, strooklyn of verskuiwende strooklyn—ongeveer 3.8 tot 3.9 is.

In sommige toestelle wat 'n grondvlak gebruik, kan blinde vias gebruik word om die ontkoppelwerkverrigting van die kragkapasitor te verbeter en 'n shuntpad van die toestel na die grond te verskaf. Die shuntpad na die grond kan die lengte van die via verkort. Dit kan twee doeleindes bereik: jy skep nie net 'n shunt of grond nie, maar verminder ook die transmissieafstand van toestelle met klein areas, wat 'n belangrike RF-ontwerpfaktor is.