З-за невялікага памеру і памеру практычна не існуе існуючых стандартаў друкаваных плат для расце рынку носных IoT. Да з'яўлення гэтых стандартаў мы павінны былі абапірацца на веды і вытворчы вопыт, атрыманыя пры распрацоўцы на ўзроўні платы, і думаць аб тым, як прымяніць іх да унікальных новых праблем. Ёсць тры сферы, якія патрабуюць нашай асаблівай увагі. Гэта: матэрыялы паверхні друкаванай платы, канструкцыя радыёчастотнага/мікрахвалевага печы і радыёчастотныя лініі перадачы.

Матэрыял друкаванай платы

«ПХБ» звычайна складаецца з ламінатаў, якія могуць быць выраблены з армаванай валакном эпаксіднай смалы (FR4), полііміду або матэрыялаў Роджэрса або іншых ламінатных матэрыялаў. Ізаляцыйны матэрыял паміж рознымі пластамі называецца прэпрэгам.

носныя прылады патрабуюць высокай надзейнасці, таму, калі дызайнеры друкаваных плат сутыкаюцца з выбарам выкарыстання FR4 (самы эканамічна эфектыўны матэрыял для вытворчасці друкаваных плат) або больш дасканалых і больш дарагіх матэрыялаў, гэта стане праблемай.

Калі прымяненне носных друкаваных плат патрабуе высакахуткасных і высокачашчынных матэрыялаў, FR4 можа быць не лепшым выбарам. Дыэлектрычная пранікальнасць (Dk) FR4 роўная 4,5, дыэлектрычная пранікальнасць больш дасканалага матэрыялу серыі Rogers 4003 роўная 3,55, а дыэлектрычная пранікальнасць роднаснай серыі Rogers 4350 роўная 3,66.

«Дыэлектрычная пастаянная ламінату адносіцца да суадносін ёмістасці або энергіі паміж парай праваднікоў побач з ламінатам да ёмістасці або энергіі паміж парай праваднікоў у вакууме. На высокіх частотах лепш за ўсё мець невялікія страты. Такім чынам, Roger 4350 з дыэлектрычнай пранікальнасцю 3,66 больш падыходзіць для больш высокіх частот, чым FR4 з дыэлектрычнай пранікальнасцю 4,5.

У звычайных умовах колькасць слаёў друкаванай платы для носных прылад вагаецца ад 4 да 8 слаёў. Прынцып слаёвай канструкцыі заключаецца ў тым, што калі гэта 8-слаёвая друкаваная плата, яна павінна забяспечваць дастатковую колькасць слаёў зазямлення і сілкавання, а таксама змяшчаць пласт праводкі. Такім чынам можна звесці да мінімуму эфект пульсацый у перакрыжаваных перашкодах і значна паменшыць электрамагнітныя перашкоды (EMI).

На этапе распрацоўкі макета друкаванай платы план размяшчэння, як правіла, заключаецца ў размяшчэнні вялікага пласта зямлі побач са пластом размеркавання электраэнергіі. Гэта можа сфармаваць вельмі нізкі эфект пульсацый, і сістэмны шум таксама можа быць зменшаны амаль да нуля. Асабліва гэта важна для радыёчастотнай падсістэмы.

У параўнанні з матэрыялам Rogers, FR4 мае больш высокі каэфіцыент рассейвання (Df), асабліва на высокай частаце. Для ламінатаў FR4 з большай прадукцыйнасцю значэнне Df складае каля 0,002, што на парадак лепш, чым звычайны FR4. Аднак стэк Роджэрса складае ўсяго 0,001 або менш. Калі матэрыял FR4 выкарыстоўваецца для высокачашчынных прыкладанняў, будзе істотная розніца ва ўносімых стратах. Уносімыя страты вызначаюцца як страты магутнасці сігналу ад пункта А да пункта Б пры выкарыстанні FR4, Роджэрса або іншых матэрыялаў.

ствараць праблемы

Носімая друкаваная плата патрабуе больш строгага кантролю імпедансу. Гэта важны фактар ​​для носных прылад. Адпаведнасць імпедансу можа прывесці да больш чыстай перадачы сігналу. Раней стандартны допуск для слядоў сігналу быў ±10%. Гэты паказчык, відавочна, недастаткова добры для сучасных высокачашчынных і хуткадзейных ланцугоў. Бягучае патрабаванне складае ±7%, а ў некаторых выпадках нават ±5% і менш. Гэты параметр і іншыя зменныя сур'ёзна паўплываюць на вытворчасць гэтых носных друкаваных плат з асабліва строгім кантролем імпедансу, тым самым абмяжоўваючы колькасць прадпрыемстваў, якія могуць вырабляць іх.

Дапушчальнае адхіленне дыэлектрычнай пранікальнасці ламінату, вырабленага з матэрыялаў Rogers UHF, звычайна падтрымліваецца на ўзроўні ±2%, а некаторыя прадукты могуць нават дасягаць ±1%. Наадварот, допуск дыэлектрычнай пранікальнасці ламінату FR4 дасягае 10%. Такім чынам, параўнайце гэтыя два матэрыялы, можна выявіць, што ўносяцца страты Роджэрса асабліва нізкія. У параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі FR4 страты перадачы і ўносяцца страты стэка Роджэрса ўдвая меншыя.

У большасці выпадкаў кошт з'яўляецца найбольш важным. Тым не менш, Роджэрс можа забяспечыць высокачашчынны ламінат з адносна нізкімі стратамі па прымальнай цане. Для камерцыйнага прымянення Роджэрс можа быць ператвораны ў гібрыдную друкаваную плату з эпаксіднай смолай FR4, у некаторых слаях якой выкарыстоўваецца матэрыял Роджэрса, а ў іншых слаях выкарыстоўваецца FR4.

Пры выбары стэка Роджэрса частата з'яўляецца галоўным фактарам. Калі частата перавышае 500 МГц, дызайнеры друкаваных плат выбіраюць матэрыялы Роджэрса, асабліва для радыёчастотных і мікрахвалевых схем, таму што гэтыя матэрыялы могуць забяспечыць больш высокую прадукцыйнасць, калі верхнія ланцугі строга кантралююцца імпедансам.

У параўнанні з матэрыялам FR4 матэрыял Роджэрса таксама можа забяспечваць меншыя дыэлектрычныя страты, а яго дыэлектрычная пранікальнасць стабільная ў шырокім дыяпазоне частот. Акрамя таго, матэрыял Роджэрса можа забяспечыць ідэальную прадукцыйнасць з нізкімі стратамі, неабходнымі для працы на высокай частаце.

Каэфіцыент цеплавога пашырэння (КТР) матэрыялаў Rogers серыі 4000 мае выдатную стабільнасць памераў. Гэта азначае, што ў параўнанні з FR4, калі друкаваная плата праходзіць цыклы паяння аплавленнем у халодным, гарачым і вельмі гарачым стане, цеплавое пашырэнне і звужэнне друкаванай платы можа падтрымлівацца на стабільнай мяжы пры больш высокай частаце і тэмпературы.

У выпадку змешанай кладкі лёгка выкарыстоўваць звычайную тэхналогію вытворчага працэсу, каб змяшаць Роджэрс і высокапрадукцыйны FR4, таму адносна лёгка дасягнуць высокага вытворчага выхаду. Стэк Роджэрса не патрабуе спецыяльнага працэсу падрыхтоўкі.

Звычайны FR4 не можа дасягнуць вельмі надзейных электрычных характарыстык, але высокаэфектыўныя матэрыялы FR4 сапраўды маюць добрыя характарыстыкі надзейнасці, такія як больш высокі Tg, па-ранейшаму адносна нізкі кошт і могуць выкарыстоўвацца ў шырокім дыяпазоне прымянення, ад простай аўдыяпраграмы да складаных мікрахвалёў. .

Меркаванні па канструкцыі ВЧ/МІЧ

Партатыўная тэхналогія і Bluetooth праклалі шлях для радыёчастотных і мікрахвалевых прыкладанняў у носных прыладах. Сённяшні частотны дыяпазон становіцца ўсё больш дынамічным. Некалькі гадоў таму вельмі высокая частата (УКХ) вызначалася як 2~3 ГГц. Але цяпер мы можам бачыць звышвысокія частоты (УВЧ) у дыяпазоне ад 10 ГГц да 25 ГГц.

Такім чынам, для носімай друкаванай платы радыёчастотная частка патрабуе большай увагі да праблем з праводкай, і сігналы павінны быць падзеленыя асобна, а сляды, якія генеруюць высокачашчынныя сігналы, павінны знаходзіцца далей ад зямлі. Іншыя меркаванні ўключаюць у сябе: забеспячэнне байпаснага фільтра, адэкватныя развязвальныя кандэнсатары, зазямленне і праектаванне лініі перадачы і зваротнай лініі, каб быць амаль роўнымі.

Абыходны фільтр можа здушыць эфект пульсацыі шумавога ўтрымання і крыжаваных перашкод. Развязвальныя кандэнсатары трэба размяшчаць бліжэй да кантактаў прылады, па якіх перадаюцца сігналы харчавання.

Для высакахуткасных ліній перадачы і сігнальных ланцугоў паміж сігналамі сілавога ўзроўню неабходна размясціць пласт зазямлення, каб згладзіць дрыгаценне, якое ствараецца шумавымі сігналамі. Пры больш высокіх хуткасцях сігналу невялікія неадпаведнасці імпедансу прывядуць да незбалансаванай перадачы і прыёму сігналаў, што прывядзе да скажэнняў. Такім чынам, асаблівую ўвагу неабходна надаць праблеме ўзгаднення імпедансу, звязанай з радыёчастотным сігналам, таму што радыёчастотны сігнал мае высокую хуткасць і асаблівы допуск.

Лініі радыёчастотнай перадачы патрабуюць кантраляванага супраціўлення для перадачы радыёчастотных сігналаў ад пэўнай падкладкі мікрасхемы да друкаванай платы. Гэтыя лініі перадачы могуць быць рэалізаваны на вонкавым, верхнім і ніжнім пласце або могуць быць распрацаваны ў сярэднім пласце.

Метады, якія выкарыстоўваюцца пры распрацоўцы друкаванай платы ВЧ, - гэта мікрапалоскавая лінія, лінія з плаваючай паласой, кампланарны хвалявод або зазямленне. Мікрапалоскавая лінія складаецца з фіксаванай даўжыні металу або слядоў і ўсёй плоскасці зазямлення або часткі плоскасці зазямлення непасрэдна пад ёй. Характэрны імпеданс у агульнай структуры мікрапалоскавай лініі вагаецца ад 50 Ом да 75 Ом.

Плаваючая паласковая лінія - яшчэ адзін метад праводкі і падаўлення шуму. Гэтая лінія складаецца з праводкі фіксаванай шырыні на ўнутраным пласце і вялікай плоскасці зазямлення над і пад цэнтральным правадніком. Плоскасць зазямлення заціснута паміж плоскасцю харчавання, таму яна можа забяспечыць вельмі эфектыўны эфект зазямлення. Гэта пераважны метад для праводкі радыёчастотнага сігналу носнай друкаванай платы.

Кампланарны хвалявод можа забяспечыць лепшую ізаляцыю паблізу ланцуга ВЧ і ланцуга, які трэба пракласці бліжэй. Гэта асяроддзе складаецца з цэнтральнага правадыра і зазямляльных плоскасцей з абодвух бакоў або знізу. Лепшы спосаб перадачы радыёчастотных сігналаў - падвеска паласковых ліній або кампланарных хваляводаў. Гэтыя два метады могуць забяспечыць лепшую ізаляцыю паміж сігналам і радыёчастотнымі трасамі.

Рэкамендуецца выкарыстоўваць так званы "скразны плот" з абодвух бакоў кампланарнага хвалявода. Гэты метад можа забяспечыць шэраг зазямляльных адтулін на кожнай металічнай плоскасці зазямлення цэнтральнага правадыра. Галоўная траса, якая праходзіць пасярэдзіне, мае агароджы з кожнага боку, што забяспечвае ярлык для зваротнага току да зямлі ўнізе. Гэты метад можа знізіць узровень шуму, звязаны з высокай пульсацыяй радыёчастотнага сігналу. Дыэлектрычная пранікальнасць 4,5 застаецца такой жа, як і ў матэрыялу FR4 прэпрэга, у той час як дыэлектрычная пранікальнасць прэпрэга — мікрапалоскавага, паласковага або афсетнага паласковага — складае прыкладна ад 3,8 да 3,9.

У некаторых прыладах, якія выкарыстоўваюць плоскасць зазямлення, для паляпшэння развязкі сілавога кандэнсатара і забеспячэння шунтавага шляху ад прылады да зямлі могуць выкарыстоўвацца глухія адтуліны. Шунтуючы шлях да зямлі можа скараціць даўжыню скрыжавання. Гэта можа дасягнуць дзвюх мэтаў: вы не толькі ствараеце шунт або зазямленне, але і памяншаеце адлегласць перадачы прылад з невялікімі плошчамі, што з'яўляецца важным фактарам канструкцыі ВЧ.