ছোট আকার এবং আকারের কারণে, ক্রমবর্ধমান পরিধানযোগ্য IoT বাজারের জন্য প্রায় কোনও বিদ্যমান প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ডের মান নেই। এই মানগুলি বেরিয়ে আসার আগে, আমাদের বোর্ড-স্তরের উন্নয়নে শেখা জ্ঞান এবং উত্পাদন অভিজ্ঞতার উপর নির্ভর করতে হয়েছিল এবং কীভাবে সেগুলি অনন্য উদীয়মান চ্যালেঞ্জগুলিতে প্রয়োগ করা যায় সে সম্পর্কে ভাবতে হয়েছিল। আমাদের বিশেষ মনোযোগ প্রয়োজন যে তিনটি ক্ষেত্র আছে. সেগুলি হল: সার্কিট বোর্ড পৃষ্ঠের উপকরণ, আরএফ/মাইক্রোওয়েভ ডিজাইন এবং আরএফ ট্রান্সমিশন লাইন।

পিসিবি উপাদান

"PCB" সাধারণত ল্যামিনেট নিয়ে গঠিত, যা ফাইবার-রিইনফোর্সড ইপোক্সি (FR4), পলিমাইড বা রজার্স সামগ্রী বা অন্যান্য স্তরিত উপকরণ দিয়ে তৈরি হতে পারে। বিভিন্ন স্তরের মধ্যে অন্তরক উপাদান একটি prepreg বলা হয়.

পরিধানযোগ্য ডিভাইসগুলির জন্য উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজন, তাই যখন PCB ডিজাইনাররা FR4 (সবচেয়ে সাশ্রয়ী পিসিবি উত্পাদন উপাদান) বা আরও উন্নত এবং আরও ব্যয়বহুল উপকরণ ব্যবহার করার পছন্দের মুখোমুখি হন, তখন এটি একটি সমস্যা হয়ে দাঁড়াবে।

যদি পরিধানযোগ্য PCB অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উচ্চ-গতি, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উপকরণের প্রয়োজন হয়, তাহলে FR4 সেরা পছন্দ নাও হতে পারে। FR4-এর অস্তরক ধ্রুবক (Dk) হল 4.5, আরও উন্নত Rogers 4003 সিরিজের উপাদানের অস্তরক ধ্রুবক হল 3.55, এবং ভাই সিরিজ Rogers 4350-এর অস্তরক ধ্রুবক হল 3.66৷

“একটি ল্যামিনেটের অস্তরক ধ্রুবকটি ল্যামিনেটের কাছাকাছি একজোড়া পরিবাহীর মধ্যে ক্যাপাসিট্যান্স বা শক্তির অনুপাতকে বোঝায় ক্যাপাসিট্যান্স বা ভ্যাকুয়ামে কন্ডাক্টর জোড়ার মধ্যে শক্তি। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে, একটি ছোট ক্ষতি থাকা ভাল। অতএব, 3.66 এর অস্তরক ধ্রুবক সহ রজার 4350 উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য 4.5 এর অস্তরক ধ্রুবক সহ FR4 এর চেয়ে বেশি উপযুক্ত।

সাধারণ পরিস্থিতিতে, পরিধানযোগ্য ডিভাইসগুলির জন্য PCB স্তরগুলির সংখ্যা 4 থেকে 8 স্তরের মধ্যে থাকে। স্তর নির্মাণের নীতি হল যে এটি একটি 8-স্তর পিসিবি হলে, এটি পর্যাপ্ত গ্রাউন্ড এবং পাওয়ার স্তর সরবরাহ করতে সক্ষম হওয়া উচিত এবং তারের স্তরটিকে স্যান্ডউইচ করতে হবে। এইভাবে, ক্রসস্ট্যাকের লহরী প্রভাবকে সর্বনিম্ন রাখা যেতে পারে এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফারেন্স (EMI) উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করা যেতে পারে।

সার্কিট বোর্ড লেআউট ডিজাইন পর্যায়ে, লেআউট প্ল্যানটি সাধারণত পাওয়ার ডিস্ট্রিবিউশন লেয়ারের কাছাকাছি একটি বড় গ্রাউন্ড লেয়ার স্থাপন করা হয়। এটি একটি খুব কম রিপল এফেক্ট তৈরি করতে পারে এবং সিস্টেমের শব্দও প্রায় শূন্যে কমে যেতে পারে। এটি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সাবসিস্টেমের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।

রজার্স ম্যাটেরিয়ালের সাথে তুলনা করে, FR4 এর একটি উচ্চতর ডিসিপেশন ফ্যাক্টর (Df) আছে, বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে। উচ্চতর কর্মক্ষমতা সম্পন্ন FR4 ল্যামিনেটের জন্য, Df মান প্রায় 0.002, যা সাধারণ FR4-এর থেকে ভাল মাত্রার একটি ক্রম। যাইহোক, রজার্সের স্ট্যাক মাত্র 0.001 বা তার কম। যখন উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য FR4 উপাদান ব্যবহার করা হয়, তখন সন্নিবেশ ক্ষতির ক্ষেত্রে একটি উল্লেখযোগ্য পার্থক্য থাকবে। এফআর 4, রজার্স বা অন্যান্য উপকরণ ব্যবহার করার সময় বিন্দু A থেকে বি পয়েন্ট পর্যন্ত সংকেতের শক্তি হ্রাস হিসাবে সন্নিবেশ ক্ষতিকে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

সমস্যা তৈরি করে

পরিধানযোগ্য PCB এর জন্য কঠোর প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। এটি পরিধানযোগ্য ডিভাইসের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর। ইম্পিডেন্স ম্যাচিং ক্লিনার সিগন্যাল ট্রান্সমিশন তৈরি করতে পারে। আগে, সংকেত বহনকারী ট্রেসগুলির জন্য আদর্শ সহনশীলতা ছিল ±10%। এই সূচকটি স্পষ্টতই আজকের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-গতির সার্কিটের জন্য যথেষ্ট ভাল নয়। বর্তমান প্রয়োজন ±7%, এবং কিছু ক্ষেত্রে এমনকি ±5% বা তারও কম। এই প্যারামিটার এবং অন্যান্য ভেরিয়েবলগুলি বিশেষভাবে কঠোর প্রতিবন্ধকতা নিয়ন্ত্রণ সহ এই পরিধানযোগ্য PCBগুলির উত্পাদনকে গুরুতরভাবে প্রভাবিত করবে, যার ফলে সেগুলি তৈরি করতে পারে এমন ব্যবসার সংখ্যা সীমিত করবে।

রজার্স UHF উপকরণ দিয়ে তৈরি ল্যামিনেটের অস্তরক ধ্রুবক সহনশীলতা সাধারণত ±2% এ বজায় থাকে এবং কিছু পণ্য এমনকি ±1% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। বিপরীতে, FR4 ল্যামিনেটের অস্তরক ধ্রুবক সহনশীলতা 10% পর্যন্ত। অতএব, এই দুটি উপকরণের তুলনা করলে দেখা যাবে যে রজার্সের সন্নিবেশ ক্ষতি বিশেষভাবে কম। ঐতিহ্যগত FR4 উপকরণের তুলনায়, রজার্স স্ট্যাকের সংক্রমণ ক্ষতি এবং সন্নিবেশ ক্ষতি অর্ধেক কম।

বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, খরচ সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ। যাইহোক, রজার্স একটি গ্রহণযোগ্য মূল্য পয়েন্টে তুলনামূলকভাবে কম-ক্ষতি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ল্যামিনেট কর্মক্ষমতা প্রদান করতে পারে। বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, রজার্সকে ইপোক্সি-ভিত্তিক FR4 সহ একটি হাইব্রিড PCB তৈরি করা যেতে পারে, যার কিছু স্তর রজার্স উপাদান ব্যবহার করে এবং অন্যান্য স্তরগুলি FR4 ব্যবহার করে।

একটি রজার্স স্ট্যাক নির্বাচন করার সময়, ফ্রিকোয়েন্সি প্রাথমিক বিবেচনা। যখন ফ্রিকোয়েন্সি 500MHz ছাড়িয়ে যায়, তখন PCB ডিজাইনাররা রজার্স উপকরণগুলি বেছে নেওয়ার প্রবণতা রাখে, বিশেষ করে RF/মাইক্রোওয়েভ সার্কিটের জন্য, কারণ এই উপকরণগুলি উচ্চতর কার্যক্ষমতা প্রদান করতে পারে যখন উপরের চিহ্নগুলি প্রতিবন্ধকতা দ্বারা কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়।

FR4 উপাদানের সাথে তুলনা করে, রজার্স উপাদান নিম্ন অস্তরক ক্ষতি প্রদান করতে পারে, এবং এর অস্তরক ধ্রুবক একটি বিস্তৃত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে স্থিতিশীল। উপরন্তু, রজার্স উপাদান উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অপারেশন দ্বারা প্রয়োজনীয় আদর্শ নিম্ন সন্নিবেশ ক্ষতি কর্মক্ষমতা প্রদান করতে পারেন.

রজার্স 4000 সিরিজের উপকরণগুলির তাপীয় সম্প্রসারণের সহগ (CTE) চমৎকার মাত্রিক স্থিতিশীলতা রয়েছে। এর মানে হল FR4 এর সাথে তুলনা করলে, যখন PCB ঠান্ডা, গরম এবং খুব গরম রিফ্লো সোল্ডারিং চক্রের মধ্য দিয়ে যায়, তখন সার্কিট বোর্ডের তাপীয় প্রসারণ এবং সংকোচন উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ তাপমাত্রা চক্রের অধীনে একটি স্থিতিশীল সীমাতে বজায় রাখা যেতে পারে।

মিশ্র স্ট্যাকিংয়ের ক্ষেত্রে, রজার্স এবং উচ্চ-কার্যকারিতা FR4 একসাথে মিশ্রিত করার জন্য সাধারণ উত্পাদন প্রক্রিয়া প্রযুক্তি ব্যবহার করা সহজ, তাই উচ্চ উত্পাদন ফলন অর্জন করা তুলনামূলকভাবে সহজ। রজার্স স্ট্যাকের প্রস্তুতি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে বিশেষ প্রয়োজন হয় না।

সাধারণ FR4 খুব নির্ভরযোগ্য বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা অর্জন করতে পারে না, তবে উচ্চ-কর্মক্ষমতা সম্পন্ন FR4 উপকরণগুলির ভাল নির্ভরযোগ্যতা বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যেমন উচ্চ Tg, এখনও অপেক্ষাকৃত কম খরচে, এবং সাধারণ অডিও ডিজাইন থেকে জটিল মাইক্রোওয়েভ অ্যাপ্লিকেশন পর্যন্ত বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে। .

আরএফ/মাইক্রোওয়েভ ডিজাইন বিবেচনা

পোর্টেবল প্রযুক্তি এবং ব্লুটুথ পরিধানযোগ্য ডিভাইসে আরএফ/মাইক্রোওয়েভ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পথ তৈরি করেছে। আজকের ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা আরও গতিশীল হয়ে উঠছে। কয়েক বছর আগে, খুব উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি (VHF) 2GHz~3GHz হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছিল। কিন্তু এখন আমরা 10GHz থেকে 25GHz পর্যন্ত আল্ট্রা-হাই ফ্রিকোয়েন্সি (UHF) অ্যাপ্লিকেশন দেখতে পাচ্ছি।

অতএব, পরিধানযোগ্য PCB-এর জন্য, আরএফ অংশের তারের সমস্যাগুলির প্রতি আরও মনোযোগ দেওয়া প্রয়োজন, এবং সংকেতগুলিকে আলাদাভাবে আলাদা করা উচিত, এবং যে ট্রেসগুলি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত তৈরি করে সেগুলিকে মাটি থেকে দূরে রাখতে হবে। অন্যান্য বিবেচনার মধ্যে রয়েছে: একটি বাইপাস ফিল্টার প্রদান, পর্যাপ্ত ডিকপলিং ক্যাপাসিটর, গ্রাউন্ডিং এবং ট্রান্সমিশন লাইন এবং রিটার্ন লাইনকে প্রায় সমান করার জন্য ডিজাইন করা।

বাইপাস ফিল্টার গোলমালের বিষয়বস্তু এবং ক্রসস্ট্যাকের লহরী প্রভাবকে দমন করতে পারে। ডিকপলিং ক্যাপাসিটারগুলিকে পাওয়ার সিগন্যাল বহনকারী ডিভাইস পিনের কাছাকাছি স্থাপন করতে হবে।

উচ্চ-গতির ট্রান্সমিশন লাইন এবং সিগন্যাল সার্কিটগুলির জন্য শব্দ সংকেতগুলির দ্বারা উত্পন্ন জিটারকে মসৃণ করার জন্য পাওয়ার লেয়ার সিগন্যালের মধ্যে একটি স্থল স্তর স্থাপন করা প্রয়োজন। উচ্চতর সংকেত গতিতে, ছোট প্রতিবন্ধকতার অমিলগুলি ভারসাম্যহীন সংক্রমণ এবং সংকেত গ্রহণের কারণ হবে, যার ফলে বিকৃতি ঘটে। তাই, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যালের সাথে সম্পর্কিত প্রতিবন্ধকতা ম্যাচিং সমস্যার দিকে বিশেষ মনোযোগ দিতে হবে, কারণ রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যালের উচ্চ গতি এবং একটি বিশেষ সহনশীলতা রয়েছে।

নির্দিষ্ট IC সাবস্ট্রেট থেকে PCB-তে RF সংকেত প্রেরণ করার জন্য RF ট্রান্সমিশন লাইনগুলির নিয়ন্ত্রিত প্রতিবন্ধকতা প্রয়োজন। এই ট্রান্সমিশন লাইনগুলি বাইরের স্তর, উপরের স্তর এবং নীচের স্তরে প্রয়োগ করা যেতে পারে বা মধ্য স্তরে ডিজাইন করা যেতে পারে।

PCB RF ডিজাইন লেআউটের সময় ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলি হল মাইক্রোস্ট্রিপ লাইন, ফ্লোটিং স্ট্রিপ লাইন, কপ্ল্যানার ওয়েভগাইড বা গ্রাউন্ডিং। মাইক্রোস্ট্রিপ লাইনে একটি নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্যের ধাতু বা ট্রেস এবং সম্পূর্ণ গ্রাউন্ড প্লেন বা গ্রাউন্ড প্লেনের অংশ সরাসরি এর নীচে থাকে। সাধারণ মাইক্রোস্ট্রিপ লাইন কাঠামোর বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা 50Ω থেকে 75Ω পর্যন্ত।

ফ্লোটিং স্ট্রিপলাইন হল ওয়্যারিং এবং শব্দ দমনের আরেকটি পদ্ধতি। এই লাইনটি ভিতরের স্তরে স্থির-প্রস্থের ওয়্যারিং এবং কেন্দ্র কন্ডাকটরের উপরে এবং নীচে একটি বড় স্থল সমতল নিয়ে গঠিত। গ্রাউন্ড প্লেনটি পাওয়ার প্লেনের মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়, তাই এটি একটি খুব কার্যকর গ্রাউন্ডিং প্রভাব প্রদান করতে পারে। এটি পরিধানযোগ্য PCB RF সংকেত তারের জন্য পছন্দের পদ্ধতি।

কপ্ল্যানার ওয়েভগাইড RF সার্কিটের কাছে আরও ভাল বিচ্ছিন্নতা প্রদান করতে পারে এবং যে সার্কিটের কাছাকাছি যেতে হবে। এই মাধ্যমটি একটি কেন্দ্রীয় পরিবাহী এবং উভয় পাশে বা নীচে স্থল সমতল নিয়ে গঠিত। রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত প্রেরণের সর্বোত্তম উপায় হল স্ট্রিপ লাইন বা কপ্ল্যানার ওয়েভগাইডগুলি স্থগিত করা। এই দুটি পদ্ধতি সিগন্যাল এবং আরএফ ট্রেসগুলির মধ্যে আরও ভাল বিচ্ছিন্নতা প্রদান করতে পারে।

কপ্ল্যানার ওয়েভগাইডের উভয় পাশে তথাকথিত "বেড়ার মাধ্যমে" ব্যবহার করার পরামর্শ দেওয়া হয়। এই পদ্ধতিটি কেন্দ্র কন্ডাক্টরের প্রতিটি ধাতব গ্রাউন্ড প্লেনে সারি সারি গ্রাউন্ড ভিয়া প্রদান করতে পারে। মাঝখানে চলমান মূল ট্রেসটির প্রতিটি পাশে বেড়া রয়েছে, এইভাবে নীচের মাটিতে প্রত্যাবর্তনের জন্য একটি শর্টকাট প্রদান করে। এই পদ্ধতিটি আরএফ সিগন্যালের উচ্চ লহর প্রভাবের সাথে যুক্ত শব্দের মাত্রা কমাতে পারে। 4.5 এর অস্তরক ধ্রুবকটি প্রিপ্রেগের FR4 উপাদানের মতোই থাকে, যেখানে মাইক্রোস্ট্রিপ, স্ট্রিপলাইন বা অফসেট স্ট্রিপলাইন থেকে প্রিপ্রেগের অস্তরক ধ্রুবকটি প্রায় 3.8 থেকে 3.9।

গ্রাউন্ড প্লেন ব্যবহার করে এমন কিছু ডিভাইসে, পাওয়ার ক্যাপাসিটরের ডিকপলিং কর্মক্ষমতা উন্নত করতে এবং যন্ত্র থেকে মাটিতে একটি শান্ট পাথ প্রদান করতে ব্লাইন্ড ভিয়াস ব্যবহার করা যেতে পারে। মাটিতে শান্ট পথটি মাধ্যমের দৈর্ঘ্যকে ছোট করতে পারে। এটি দুটি উদ্দেশ্য অর্জন করতে পারে: আপনি শুধুমাত্র একটি শান্ট বা গ্রাউন্ড তৈরি করতে পারবেন না, তবে ছোট এলাকাগুলির সাথে ডিভাইসগুলির সংক্রমণ দূরত্বও কমাতে পারবেন, যা একটি গুরুত্বপূর্ণ RF ডিজাইন ফ্যাক্টর।