Kiçik ölçü və ölçülərə görə, geyilə bilən IoT bazarı üçün mövcud çap dövrə lövhəsi standartları demək olar ki, yoxdur. Bu standartlar ortaya çıxmazdan əvvəl biz şura səviyyəsində inkişafda öyrənilmiş biliyə və istehsal təcrübəsinə etibar etməli və onları unikal yaranan problemlərə necə tətbiq edəcəyimizi düşünməli idik. Bizim xüsusi diqqətimizi tələb edən üç sahə var. Bunlar: dövrə lövhəsinin səthi materialları, RF/mikrodalğalı dizayn və RF ötürmə xətləri.

PCB materialı

“PCB” ümumiyyətlə liflə gücləndirilmiş epoksi (FR4), poliimid və ya Rogers materiallarından və ya digər laminat materiallarından hazırlana bilən laminatlardan ibarətdir. Müxtəlif təbəqələr arasındakı izolyasiya materialına prepreg deyilir.

geyilə bilən cihazlar yüksək etibarlılıq tələb edir, buna görə də PCB dizaynerləri FR4 (ən sərfəli PCB istehsal materialı) və ya daha təkmil və daha bahalı materiallardan istifadə seçimi ilə qarşılaşdıqda, bu problemə çevriləcək.

Geyilə bilən PCB tətbiqləri yüksək sürətli, yüksək tezlikli materiallar tələb edirsə, FR4 ən yaxşı seçim olmaya bilər. FR4-ün dielektrik davamlılığı (Dk) 4,5, daha təkmil Rogers 4003 seriyalı materialın dielektrik davamlılığı 3,55, qardaş Rogers 4350 seriyasının dielektrik davamlılığı isə 3,66-dır.

"Laminatın dielektrik davamlılığı laminatın yaxınlığında olan bir cüt keçirici arasındakı tutumun və ya enerjinin vakuumda olan cüt keçiricilər arasındakı tutum və ya enerjiyə nisbətinə aiddir. Yüksək tezliklərdə kiçik bir itkiyə sahib olmaq yaxşıdır. Buna görə də, dielektrik sabitliyi 3,66 olan Roger 4350, dielektrik davamlılığı 4,5 olan FR4-dən daha yüksək tezlikli tətbiqlər üçün daha uyğundur.

Normal şəraitdə geyilə bilən cihazlar üçün PCB təbəqələrinin sayı 4 ilə 8 qat arasında dəyişir. Qatın qurulması prinsipi ondan ibarətdir ki, əgər o, 8 qatlı PCB-dirsə, o, kifayət qədər torpaq və güc təbəqələrini təmin etməli və naqil qatını sendviçlə təmin etməlidir. Bu yolla, çarpışmada dalğalanma effekti minimuma endirilə və elektromaqnit müdaxiləsi (EMI) əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilər.

Dövrə lövhəsinin dizayn mərhələsində, plan planı ümumiyyətlə enerji paylayıcı təbəqəyə yaxın böyük bir torpaq qatının yerləşdirilməsidir. Bu, çox aşağı dalğalanma effekti yarada bilər və sistem səs-küyü də demək olar ki, sıfıra endirilə bilər. Bu, radiotezlik alt sistemi üçün xüsusilə vacibdir.

Rogers materialı ilə müqayisədə, FR4 xüsusilə yüksək tezlikdə daha yüksək dissipasiya faktoruna (Df) malikdir. Daha yüksək performanslı FR4 laminatları üçün Df dəyəri təqribən 0,002-dir ki, bu da adi FR4-dən daha böyük bir sıradır. Bununla belə, Rogersin yığını yalnız 0,001 və ya daha azdır. FR4 materialı yüksək tezlikli tətbiqlər üçün istifadə edildikdə, daxiletmə itkisində əhəmiyyətli fərq olacaq. Daxiletmə itkisi FR4, Rogers və ya digər materiallardan istifadə edərkən siqnalın A nöqtəsindən B nöqtəsinə enerji itkisi kimi müəyyən edilir.

problemlər yaratmaq

Geyinilə bilən PCB daha ciddi empedans nəzarəti tələb edir. Bu, geyilə bilən cihazlar üçün vacib amildir. Empedans uyğunluğu daha təmiz siqnal ötürülməsi yarada bilər. Əvvəllər siqnal daşıyan izlər üçün standart dözümlülük ±10% idi. Bu göstərici açıq-aydın bugünkü yüksək tezlikli və yüksək sürətli sxemlər üçün kifayət qədər yaxşı deyil. Cari tələb ±7%, bəzi hallarda hətta ±5% və ya daha azdır. Bu parametr və digər dəyişənlər, xüsusilə ciddi empedans nəzarəti ilə bu köhnələ bilən PCB-lərin istehsalına ciddi təsir göstərəcək və bununla da onları istehsal edə bilən müəssisələrin sayını məhdudlaşdıracaq.

Rogers UHF materiallarından hazırlanmış laminatın dielektrik davamlı tolerantlığı ümumiyyətlə ±2% səviyyəsində saxlanılır və bəzi məhsullar hətta ±1% -ə çata bilər. Bunun əksinə olaraq, FR4 laminatının dielektrik sabit tolerantlığı 10% -ə qədər yüksəkdir. Buna görə də, bu iki materialı müqayisə edin Rogersin daxiletmə itkisi xüsusilə aşağıdır. Ənənəvi FR4 materialları ilə müqayisədə Rogers yığınının ötürmə itkisi və daxiletmə itkisi yarıya qədər aşağıdır.

Əksər hallarda xərc ən önəmlidir. Bununla belə, Rogers məqbul qiymət nöqtəsində nisbətən aşağı itkili yüksək tezlikli laminat performansını təmin edə bilər. Kommersiya tətbiqləri üçün Rogers epoksi əsaslı FR4 ilə hibrid PCB halına gətirilə bilər, bunun bəzi təbəqələri Rogers materialından, digər təbəqələr isə FR4-dən istifadə edir.

Rogers yığını seçərkən, tezliyə əsas diqqət yetirilir. Tezlik 500MHz-dən çox olduqda, PCB dizaynerləri, xüsusən də RF/mikrodalğalı sxemlər üçün Rogers materiallarını seçməyə meyllidirlər, çünki yuxarı izlər ciddi şəkildə empedans tərəfindən idarə edildikdə bu materiallar daha yüksək performans təmin edə bilər.

FR4 materialı ilə müqayisədə, Rogers materialı daha az dielektrik itkisini təmin edə bilər və onun dielektrik sabiti geniş tezlik diapazonunda sabitdir. Bundan əlavə, Rogers materialı yüksək tezlikli əməliyyat üçün tələb olunan ideal aşağı daxiletmə itkisi performansını təmin edə bilər.

Rogers 4000 seriyalı materialların istilik genişlənmə əmsalı (CTE) əla ölçülü sabitliyə malikdir. Bu o deməkdir ki, FR4 ilə müqayisədə, PCB soyuq, isti və çox isti təkrar lehimləmə dövrlərinə məruz qaldıqda, dövrə lövhəsinin istilik genişlənməsi və büzülməsi daha yüksək tezlik və daha yüksək temperatur dövrləri altında sabit bir hədddə saxlanıla bilər.

Qarışıq yığma vəziyyətində, Rogers və yüksək məhsuldarlıqlı FR4-ü birlikdə qarışdırmaq üçün ümumi istehsal prosesi texnologiyasından istifadə etmək asandır, buna görə də yüksək istehsal məhsuldarlığına nail olmaq nisbətən asandır. Rogers yığını xüsusi bir hazırlıq prosesi tələb etmir.

Ümumi FR4 çox etibarlı elektrik performansına nail ola bilməz, lakin yüksək performanslı FR4 materialları yüksək Tg, hələ də nisbətən aşağı qiymət kimi yaxşı etibarlılıq xüsusiyyətlərinə malikdir və sadə audio dizaynından Kompleks mikrodalğalı tətbiqlərə qədər geniş tətbiqlərdə istifadə edilə bilər. .

RF/Mikrodalğalı dizayn mülahizələri

Portativ texnologiya və Bluetooth geyilə bilən cihazlarda RF/mikrodalğalı tətbiqlər üçün yol açdı. Bugünkü tezlik diapazonu getdikcə daha dinamik olur. Bir neçə il əvvəl çox yüksək tezlik (VHF) 2GHz~3GHz olaraq təyin olundu. Ancaq indi biz 10GHz-dən 25GHz-ə qədər olan ultra yüksək tezlikli (UHF) tətbiqləri görə bilərik.

Buna görə də, geyilə bilən PCB üçün RF hissəsi naqil məsələlərinə daha çox diqqət yetirməyi tələb edir və siqnallar ayrıca ayrılmalıdır və yüksək tezlikli siqnalları yaradan izlər yerdən uzaqda saxlanılmalıdır. Digər mülahizələrə aşağıdakılar daxildir: bypass filtrinin təmin edilməsi, adekvat ayırma kondensatorları, torpaqlama və ötürmə xətti və geri qayıtma xəttinin demək olar ki, bərabər olması üçün layihələndirilməsi.

Bypass filtri səs-küy məzmununun və çarpışmanın dalğalanma təsirini yatıra bilər. Ayırma kondansatörləri güc siqnallarını daşıyan cihaz sancaqlarına daha yaxın yerləşdirilməlidir.

Yüksək sürətli ötürmə xətləri və siqnal sxemləri səs-küy siqnalları ilə yaranan titrəməni hamarlamaq üçün güc qatının siqnalları arasında yer qatının yerləşdirilməsini tələb edir. Yüksək siqnal sürətlərində kiçik impedans uyğunsuzluğu siqnalların balanssız ötürülməsinə və qəbuluna səbəb olacaq və nəticədə təhrif olacaqdır. Buna görə də, radiotezlik siqnalı ilə əlaqəli impedans uyğunluğu probleminə xüsusi diqqət yetirilməlidir, çünki radiotezlik siqnalının yüksək sürəti və xüsusi tolerantlığı var.

RF ötürmə xətləri RF siqnallarını müəyyən bir IC substratından PCB-yə ötürmək üçün idarə olunan empedans tələb edir. Bu ötürmə xətləri xarici təbəqədə, üst qatda və alt təbəqədə həyata keçirilə bilər və ya orta təbəqədə layihələndirilə bilər.

PCB RF dizayn tərtibatı zamanı istifadə olunan üsullar mikrostrip xətti, üzən zolaq xətti, paralel dalğa ötürücü və ya torpaqlamadır. Mikrostrip xətti sabit uzunluqlu metal və ya izlərdən və bütün yer müstəvisindən və ya birbaşa altındakı yer müstəvisinin bir hissəsindən ibarətdir. Ümumi mikrostrip xətti strukturunda xarakterik empedans 50Ω ilə 75Ω arasında dəyişir.

Üzən zolaq xətti məftil və səs-küyün qarşısının başqa bir üsuludur. Bu xətt daxili təbəqədə sabit enli naqillərdən və mərkəzi keçiricinin üstündə və altında böyük bir torpaq təyyarəsindən ibarətdir. Yer müstəvisi güc müstəvisi arasında sıxışdırılır, buna görə də çox təsirli bir torpaqlama effekti təmin edə bilər. Bu, geyilə bilən PCB RF siqnal naqilləri üçün üstünlük verilən üsuldur.

Coplanar dalğa bələdçisi RF dövrəsinin və daha yaxından yönləndirilməsi lazım olan dövrənin yaxınlığında daha yaxşı izolyasiya təmin edə bilər. Bu mühit hər iki tərəfdən və ya aşağıda yerləşən mərkəzi keçirici və torpaq təyyarələrindən ibarətdir. Radiotezlik siqnallarını ötürməyin ən yaxşı yolu zolaqlı xətləri və ya paralel dalğa ötürücülərini dayandırmaqdır. Bu iki üsul siqnal və RF izləri arasında daha yaxşı izolyasiya təmin edə bilər.

Koplanar dalğa ötürücüsünün hər iki tərəfində sözdə "çit vasitəsilə" istifadə etmək tövsiyə olunur. Bu üsul mərkəzi dirijorun hər bir metal torpaq müstəvisində bir sıra torpaq yolu təmin edə bilər. Ortada işləyən əsas izin hər tərəfində hasarlar var, beləliklə aşağıda yerə geri dönən cərəyan üçün qısa yol təmin edir. Bu üsul RF siqnalının yüksək dalğalanma effekti ilə bağlı səs-küy səviyyəsini azalda bilər. 4,5-lik dielektrik davamlılığı prepreqin FR4 materialı ilə eyni qalır, halbuki prepreqin dielektrik davamlılığı - mikrozolaqdan, zolaqdan və ya ofset zolaqdan - təxminən 3,8 ilə 3,9 arasındadır.

Torpaq müstəvisindən istifadə edən bəzi cihazlarda güc kondansatörünün ayırma işini yaxşılaşdırmaq və cihazdan yerə manevr yolu təmin etmək üçün kor vidalardan istifadə edilə bilər. Yerə manevr yolu kanalın uzunluğunu qısalda bilər. Bu, iki məqsədə nail ola bilər: siz yalnız bir şunt və ya zəmin yaratmır, həm də vacib RF dizayn faktoru olan kiçik sahələrə malik cihazların ötürmə məsafəsini azaldır.