З -за невялікага памеру і памеру практычна няма існуючых стандартаў друкаванай дошкі для расце носнага рынку IoT. Да таго, як гэтыя стандарты не выйшлі, нам давялося спадзявацца на веды і вытворчы вопыт, вывучаныя ў распрацоўцы на ўзроўні савета, і падумаць пра тое, як прымяніць іх да унікальных новых праблем. Ёсць тры сферы, якія патрабуюць нашай асаблівай увагі. Гэта: матэрыялы паверхні платы, РФ/мікрахвалевая печ і лініі перадачы РФ.
PCB матэрыял
"ПХБ" звычайна складаецца з ламінатаў, якія могуць быць выраблены з эпаксіднага валакна (FR4), матэрыялаў полііміду або Роджэрса або іншых матэрыялаў ламінату. Ізаляцыйны матэрыял паміж рознымі пластамі называецца Prepreg.
Насільныя прылады патрабуюць высокай надзейнасці, таму, калі дызайнеры друкаванай платы сутыкаюцца з выбарам выкарыстання FR4 (найбольш эканамічна эфектыўнага вытворчага матэрыялу PCB) або больш прасунутых і даражэйшых матэрыялаў, гэта стане праблемай.
Калі ў наяўных прыкладаннях PCB патрабуюцца хуткасныя, высокачашчынныя матэрыялы, FR4 можа быць не лепшым выбарам. Дыэлектрычная пастаянная (DK) FR4 складае 4,5, дыэлектрычная канстанта больш прасунутага матэрыялу серыі Rogers 4003 - 3,55, а дыэлектрычная канстанта серыі Brother Rogers 4350 - 3,66.
"Дыэлектрычная канстанта ламінату ставіцца да суадносін ёмістасці або энергіі паміж парай праваднікаў каля ламінату да ёмістасці або энергіі паміж парай правадыроў у вакууме. На высокіх частотах лепш за ўсё мець невялікую страту. Таму Роджэр 4350 з дыэлектрычнай канстантай 3,66 з'яўляецца больш прыдатнай для больш высокіх частот, чым FR4, чым у FR4, з пастаяннай пастаяннай станцыяй 4,5.
У звычайных абставінах колькасць пластоў друкаванай платы для носных прылад складае ад 4 да 8 слаёў. Прынцып будаўніцтва пласта заключаецца ў тым, што, калі гэта 8-слаёвая друкаваная плата, яна павінна мець магчымасць забяспечыць дастатковую колькасць слаёў зямлі і магутнасці і сэндвіч пласта праводкі. Такім чынам, эфект пульсацыі ў Crosstalk можа быць зведзены да мінімуму, а электрамагнітныя перашкоды (EMI) могуць значна паменшыць.
У стадыі дызайну планіроўкі платы схемы план размяшчэння, як правіла, для размяшчэння вялікага зазямлення, блізкага да пласта размеркавання электраэнергіі. Гэта можа ўтварыць вельмі нізкі эфект пульсацыі, і сістэмны шум таксама можа быць зніжаны да амаль нуля. Гэта асабліва важна для радыёчастотнай падсістэмы.
У параўнанні з матэрыялам Роджэрса, FR4 мае больш высокі каэфіцыент рассейвання (DF), асабліва на высокай частоце. Для больш высокіх паказчыкаў ламінатаў FR4, значэнне DF складае каля 0,002, што на парадак лепш, чым звычайны FR4. Аднак стэк Роджэрса складае ўсяго 0,001 і менш. Калі матэрыял FR4 выкарыстоўваецца для высокачашчынных прыкладанняў, будзе значная розніца ў страце ўстаўкі. Страта ўвядзення вызначаецца як страта магутнасці сігналу з пункту А ў кропку B пры выкарыстанні FR4, Роджэрса ці іншых матэрыялаў.
Стварыце праблемы
Насільная друкаваная плата патрабуе больш жорсткага кантролю імпедансу. Гэта важны фактар для носных прылад. Супадзенне імпеданса можа вырабляць больш чыстую перадачу сігналу. Раней стандартная талерантнасць да слядоў сігналу склала ± 10%. Гэты паказчык, відавочна, недастаткова добры для сённяшніх высокачашчынных і хуткасных схем. Цяперашняе патрабаванне складае ± 7%, а ў некаторых выпадках нават ± 5% і менш. Гэты параметр і іншыя зменныя будуць сур'ёзна паўплываць на выраб гэтых носных ПХБ з асабліва строгім кантролем імпедансу, што абмяжоўвае колькасць прадпрыемстваў, якія могуць іх вырабляць.
Дыэлектрычная пастаянная талерантнасць ламінату, вырабленага з матэрыялаў Rogers UHF, звычайна падтрымліваецца пры ± 2%, а некаторыя прадукты могуць нават дасягнуць ± 1%. У адрозненне ад гэтага, дыэлектрычная пастаянная талерантнасць ламінату FR4 складае да 10%. Такім чынам, параўнайце гэтыя два матэрыялы, што страта ўстаўкі Роджэрса асабліва нізкая. У параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі FR4, страта трансмісіі і страта ўвядзення стэка Роджэрса напалову ніжэй.
У большасці выпадкаў кошт з'яўляецца найбольш важнай. Тым не менш, Роджэрс можа забяспечыць адносна высокачашчынную прадукцыйнасць з высокай хуткасцю па прымальнай цане. Для камерцыйных прыкладанняў Роджэрс можа быць зроблены ў гібрыдную друкаваную плату з эпаксіднай асновай FR4, некаторыя пласты якіх выкарыстоўваюць матэрыял Роджэрса, а іншыя пласты выкарыстоўваюць FR4.
Выбіраючы стэк Роджэрса, частата з'яўляецца асноўным разглядам. Калі частата перавышае 500 МГц, дызайнеры друкаванай платы, як правіла, выбіраюць матэрыялы Роджэрса, асабліва для РФ/мікрахвалевых схем, паколькі гэтыя матэрыялы могуць забяспечыць больш высокую прадукцыйнасць, калі верхнія сляды строга кантралююцца імпедансам.
У параўнанні з матэрыялам FR4, матэрыял Роджэрса таксама можа забяспечыць меншую дыэлектрычную страту, а яго дыэлектрычная канстанта стабільная ў шырокім дыяпазоне частот. Акрамя таго, матэрыял Роджэрса можа забяспечыць ідэальную прадукцыйнасць страты ўстаўкі, неабходныя высокай частатой.
Каэфіцыент цеплавога пашырэння (CTE) матэрыялаў серыі Rogers 4000 мае выдатную памерную стабільнасць. Гэта азначае, што ў параўнанні з FR4, калі друкаваная плата падвяргаецца халодным, гарачым і вельмі гарачым цыклам паяння, цеплавое пашырэнне і скарачэнне платы схемы можна падтрымліваць на стабільнай мяжы пры больш высокіх частотах і больш высокіх тэмпературных цыклах.
У выпадку змешанай кладкі лёгка выкарыстоўваць агульную тэхналогію вытворчага працэсу для змешвання Rogers і высокапрадукцыйных FR4 разам, таму дасягнуць высокай вытворчай ураджайнасці адносна лёгка. Стэк Роджэрса не патрабуе спецыяльнага працэсу падрыхтоўкі.
Агульны FR4 не можа дасягнуць вельмі надзейных электрычных характарыстык, але высокапрадукцыйныя матэрыялы FR4 маюць добрыя характарыстыкі надзейнасці, такія як больш высокі TG, усё яшчэ адносна нізкі кошт і могуць быць выкарыстаны ў шырокім дыяпазоне прыкладанняў: ад простага дызайну аўдыё да складаных мікрахвалевых прыкладанняў.
РА/мікрахвалевыя дызайнерскія меркаванні
Партатыўныя тэхналогіі і Bluetooth праклалі шлях для RF/мікрахвалевых прыкладанняў у носных прыладах. Сённяшні дыяпазон частот становіцца ўсё больш дынамічным. Некалькі гадоў таму вельмі высокая частата (УКХ) была вызначана як 2 ГГц ~ 3 ГГц. Але зараз мы бачым прыкладанні звышвысокай частоты (UHF) у межах ад 10 ГГц да 25 ГГц.
Такім чынам, для носнай друкаванай платы частка РФ патрабуе большай увагі да праблем праводкі, а сігналы павінны быць аддзелены асобна, а сляды, якія ствараюць высокачашчынныя сігналы, павінны захоўвацца далей ад зямлі. Іншыя меркаванні ўключаюць: прадастаўленне фільтра аб абыходзе, адэкватныя развязкі кандэнсатараў, зазямленне і праектаванне лініі перадачы і лініі вяртання, якія будуць амаль роўнымі.
Абыпальны фільтр можа здушыць эфект пульсацыі ўтрымання шуму і перакрыжавання. Развязванне кандэнсатараў трэба размясціць бліжэй да штыфтоў прылады, якія нясуць сігналы харчавання.
Высакахуткасныя лініі перадачы і сігнальныя ланцугі патрабуюць размяшчэння зазямлення паміж сігналамі пласта магутнасці, каб згладзіць дрыгаценне, якое ўтвараецца сігналамі шуму. Пры большай хуткасці сігналаў невялікія неадпаведнасці імпедансу прывядуць да незбалансаванай перадачы і прыёму сігналаў, што прывядзе да скажэння. Такім чынам, неабходна надаваць асаблівую ўвагу задачы ўзгаднення імпедансу, звязанай з радыёчастотным сігналам, паколькі радыёчастотны сігнал мае высокую хуткасць і асаблівая талерантнасць.
Лініі перадачы РФ патрабуюць кантраляванага імпедансу, каб перадаваць сігналы РФ з пэўнага ІС -субстрата на друкаваную плату. Гэтыя лініі перадачы могуць быць рэалізаваны на знешнім пласце, верхнім пласце і ніжнім пласце, альбо могуць быць распрацаваны ў сярэднім пласце.
Метады, якія выкарыстоўваюцца падчас планіроўкі праектавання РФ, - гэта лінія мікрападаленняў, плаваючую палоску, капланарны хвалявод або зазямленне. Лінія мікрасмяні складаецца з фіксаванай даўжыні металу або слядоў і ўсёй наземнай плоскасці або часткі плоскасці зазямлення непасрэдна пад ёй. Характэрны імпеданс у агульнай структуры лініі мікрасмудных ліній вагаецца ад 50 Ом да 75 Ом.
Плавае строга - яшчэ адзін метад праводкі і падаўлення шуму. Гэтая лінія складаецца з фіксаванай шырыні праводкі на ўнутраным пласце і вялікай зазямленай плоскасці над і ніжэй цэнтральнага правадыра. Наземная плоскасць заціснута паміж магутнасцю, таму яна можа забяспечыць вельмі эфектыўны эфект зазямлення. Гэта пераважны метад праводкі сігналу РФ на носнай друкаванай плаце.
Капланарны хвалявод можа забяспечыць лепшую ізаляцыю каля ланцуга РФ і ланцугу, якую трэба накіраваць бліжэй. Гэты асяроддзе складаецца з цэнтральнага правадыра і наземных плоскасцей з абодвух бакоў і ніжэй. Лепшы спосаб перадачы радыёчастотных сігналаў - прыпыніць паласы ліній або капланарных хваляводаў. Гэтыя два метады могуць забяспечыць лепшую ізаляцыю паміж сігналам і слядамі РФ.
Рэкамендуецца выкарыстоўваць так званы "праз плот" з абодвух бакоў капланарнага хвалявода. Гэты метад можа забяспечыць шэраг наземных VIA на кожнай металічнай плоскасці зазямлення цэнтральнага правадыра. Асноўны след, які працуе ў сярэдзіне, мае платы з кожнага боку, што забяспечвае ярлык для вяртання току на зямлю ніжэй. Гэты метад можа знізіць узровень шуму, звязаны з высокім уздзеяннем RF сігналу. Дыэлектрычная канстанта 4,5 застаецца такой жа, як і матэрыял FR4 Prepreg, у той час як дыэлектрычная канстанта Prepreg - ад мікрападаленняў, стрыптыны або зрушэння стрыптыны - прыблізна 3,8 да 3,9.
У некаторых прыладах, якія выкарыстоўваюць наземную плоскасць, сляпыя VIA могуць быць выкарыстаны для паляпшэння развязкі прадукцыйнасці магутнасці і забяспечваюць шлях ад прылады да зямлі. Шлях шунта да зямлі можа скараціць даўжыню VIA. Гэта можа дасягнуць дзвюх мэтаў: вы не толькі ствараеце шунт ці зямлю, але і зніжаюць адлегласць перадачы прылад з невялікімі ўчасткамі, што з'яўляецца важным фактарам праектавання РФ.