Vanweë die klein grootte en grootte, is daar byna geen bestaande gedrukte kringbordstandaarde vir die groeiende drabare IoT -mark nie. Voordat hierdie standaarde uitgekom het, moes ons staatmaak op die kennis- en vervaardigingservaring wat in die ontwikkeling van die boordvlak geleer is en nadink oor hoe om dit op unieke opkomende uitdagings toe te pas. Daar is drie gebiede wat ons spesiale aandag benodig. Dit is: Circuit Board -oppervlakmateriaal, RF/mikrogolfontwerp en RF -transmissielyne.

PCB -materiaal

“PCB” bestaan ​​oor die algemeen uit laminate, wat gemaak kan word van veselversterkte epoksie (FR4), polyimide of Rogers materiale of ander laminaatmateriaal. Die isolerende materiaal tussen die verskillende lae word 'n prepreg genoem.

Draagbare toestelle benodig hoë betroubaarheid, dus as PCB-ontwerpers gekonfronteer word met die keuse van FR4 (die mees koste-effektiewe PCB-vervaardigingsmateriaal) of meer gevorderde en duurder materiale, sal dit 'n probleem word.

As draagbare PCB-toepassings hoë-snelheidsmateriaal benodig, is FR4 moontlik nie die beste keuse nie. Die diëlektriese konstante (DK) van FR4 is 4,5, die diëlektriese konstante van die meer gevorderde Rogers 4003 -reeks is 3,55, en die diëlektriese konstante van die Brother -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 dielektriese konstante van 3,66 meer geskik vir hoër frekwensie -toepassings as FR4 met 'n diel -elektriese elektriese konstante.

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 bied en die bedradinglaag kan toebroodjie. Op hierdie manier kan die rimpeleffek in Crosstalk tot 'n minimum gehou word en kan elektromagnetiese interferensie (EMI) aansienlik verminder word.

In die ontwerpstadium van die kringborduitleg is die uitlegplan meestal 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 dissipasie faktor (DF), veral met 'n hoë frekwensie. Vir hoër prestasie FR4 -laminate is die DF -waarde ongeveer 0,002, wat 'n groter orde is as gewone FR4. Rogers se stapel is egter slegs 0,001 of minder. Wanneer FR4 -materiaal vir hoëfrekwensie -toepassings gebruik word, sal daar 'n beduidende verskil in invoegverlies wees. Invoegingsverlies word gedefinieer as die kragverlies van die sein van punt A tot punt B wanneer FR4, Rogers of ander materiale gebruik word.

probleme skep

Draagbare PCB benodig strenger impedansiebeheer. Dit is 'n belangrike faktor vir draagbare toestelle. Impedansie -bypassing kan skoner seintransmissie lewer. Vroeër was die standaardverdraagsaamheid vir spore van sein ± 10%. Hierdie aanwyser is natuurlik nie goed genoeg vir vandag se hoëfrekwensie en hoëspoed-stroombane nie. Die huidige vereiste is ± 7%, en in sommige gevalle selfs ± 5% of minder. Hierdie parameter en ander veranderlikes sal die vervaardiging van hierdie drabare PCB met veral streng impedansiebeheer ernstig beïnvloed, en sodoende die aantal ondernemings wat dit kan vervaardig, beperk.

Die diëlektriese konstante verdraagsaamheid van die laminaat van Rogers UHF -materiale word gewoonlik op ± 2%gehandhaaf, en sommige produkte kan selfs ± 1%bereik. In teenstelling hiermee is die diëlektriese konstante toleransie van die FR4 -laminaat so hoog as 10%. Daarom kan hierdie twee materiale vergelyk word dat Rogers se invoegverlies veral laag is. In vergelyking met tradisionele FR4 -materiale, is die transmissieverlies en die verlies van die Rogers -stapel half 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 in 'n baster PCB gemaak word met EPOXY-gebaseerde FR4, waarvan sommige lae Rogers-materiaal gebruik, en ander lae gebruik FR4.

As u 'n Rogers -stapel kies, is frekwensie die primêre oorweging. As die frekwensie meer as 500 MHz is, is PCB -ontwerpers geneig om Rogers -materiale te kies, veral vir RF/mikrogolfbane, omdat hierdie materiale hoër werkverrigting kan lewer as die boonste spore streng deur impedansie beheer word.

In vergelyking met FR4 -materiaal, kan Rogers -materiaal ook laer diëlektriese verlies bied, en die diëlektriese konstante is stabiel in 'n wye frekwensiegebied. Daarbenewens kan Rogers -materiaal die ideale prestasie met 'n lae invoegingsverlies lewer wat deur hoë frekwensie werking benodig word.

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

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

Gemeenskaplike FR4 kan nie baie betroubare elektriese werkverrigting behaal nie, maar hoëprestasie FR4-materiale het wel goeie betroubaarheidseienskappe, soos hoër TG, steeds relatief lae koste, en kan in 'n wye verskeidenheid toepassings gebruik word, van eenvoudige klankontwerp tot komplekse mikrogolftoepassings.

RF/mikrogolfontwerpoorwegings

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

Daarom, vir die draagbare PCB, benodig die RF-deel meer aandag aan die bedradingskwessies, en die seine moet apart van mekaar geskei word, en die spore wat hoëfrekwensie-seine genereer, moet van die grond weggehou word. Ander oorwegings sluit in: die verskaffing van 'n omseilfilter, voldoende ontkoppeling van kapasitors, aarding en die ontwerp van die transmissielyn en die terugkeerlyn om byna gelyk te wees.

Omseilfilter kan die rimpeleffek van geraasinhoud en kruising onderdruk. Ontkoppeling van kondenseerders moet nader aan die toestelpenne geplaas word wat kragseine dra.

Hoëspoed-transmissielyne en seinstroombane benodig 'n grondlaag wat tussen die kraglaagseine geplaas moet word om die rommel wat deur geraasseine gegenereer word, glad te maak. By hoër seinsnelhede sal klein impedansie -wanaanpassings ongebalanseerde transmissie en ontvangs van seine veroorsaak, wat verdraaiing tot gevolg het. Daarom moet spesiale aandag geskenk word aan die impedansie -bypassende probleem wat verband hou met die radiofrekwensie -sein, omdat die radiofrekwensie -sein 'n hoë snelheid en 'n spesiale verdraagsaamheid het.

RF -transmissielyne benodig gekontroleerde impedansie om RF -seine van 'n spesifieke IC -substraat na die PCB oor te dra. 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 'n mikrostriplyn, drywende strooklyn, koplanêre golfleier of aarding. Die mikrostrooklyn bestaan ​​uit 'n vaste lengte van metaal of spore en die hele grondvlak of 'n gedeelte van die grondvlak direk onder dit. Die kenmerkende impedansie in die algemene mikrostrooklynstruktuur wissel van 50Ω tot 75Ω.

Swewende streeplyn is 'n ander metode van bedrading en geraasonderdrukking. Hierdie lyn bestaan ​​uit bedrading met vaste breedte op die binneste laag en 'n groot grondvlak bo en onder die middelste geleier. Die grondvlak is tussen die kragvlak vasgemaak, sodat dit 'n baie effektiewe aardeffek kan bied. Dit is die voorkeurmetode vir drabare PCB RF -seinbedrading.

Coplanar -golfleier kan beter isolasie naby die RF -kring en die stroombaan bied wat nader moet lei. Hierdie medium bestaan ​​uit 'n sentrale geleier en grondvliegtuie aan weerskante of onder. Die beste manier om radiofrekwensie -seine oor te dra, is om strooklyne of koplanêre golfgeleides op te skort. Hierdie twee metodes kan beter isolasie tussen die sein en RF -spore bied.

Dit word aanbeveel om die sogenaamde “via heining” aan beide kante van die Coplanar-golfleier te gebruik. Hierdie metode kan 'n ry grond VIA's op elke metaalgrondvlak van die middelste geleier voorsien. Die belangrikste spoor wat in die middel loop, het heinings aan elke kant, en bied dus 'n kortpad vir die retoerstroom na die grond hieronder. 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, streep of offset -stripline - ongeveer 3,8 tot 3,9 is.

In sommige toestelle wat 'n grondvlak gebruik, kan blinde VIA's gebruik word om die ontkoppeling van die kragkondensator te verbeter en 'n shuntpaadjie van die toestel na die grond te gee. Die shuntpaadjie na die grond kan die lengte van die Via verkort. Dit kan twee doeleindes bereik: u skep nie net 'n shunt of grond nie, maar verminder ook die oordragafstand van toestelle met klein gebiede, wat 'n belangrike RF -ontwerpfaktor is.