Tungod sa gamay nga gidak-on ug gidak-on, halos wala'y kasamtangan nga giimprinta nga mga sumbanan sa circuit board alang sa nagtubo nga masul-ob nga merkado sa IoT. Sa wala pa mogawas kini nga mga sumbanan, kinahanglan namon nga mosalig sa kahibalo ug kasinatian sa paggama nga nakat-unan sa pag-uswag sa lebel sa board ug hunahunaa kung giunsa kini magamit sa mga talagsaon nga nag-uswag nga mga hagit. Adunay tulo ka mga dapit nga nagkinahanglan sa atong espesyal nga pagtagad. Sila mao ang: circuit board surface nga materyales, RF/microwave design ug RF transmission lines.

PCB nga materyal

Ang "PCB" sa kasagaran naglangkob sa mga laminate, nga mahimo nga hinimo sa fiber-reinforced epoxy (FR4), polyimide o Rogers nga mga materyales o uban pang mga laminate nga materyales. Ang insulating nga materyal tali sa lain-laing mga sapaw gitawag nga prepreg.

Ang masul-ob nga mga himan nanginahanglan taas nga kasaligan, mao nga kung ang mga tigdesinyo sa PCB mag-atubang sa pagpili sa paggamit sa FR4 (ang labing barato nga materyal sa paggama sa PCB) o labi ka abante ug labi ka mahal nga mga materyales, kini mahimong usa ka problema.

Kung ang mga magamit nga aplikasyon sa PCB nanginahanglan high-speed, high-frequency nga mga materyales, ang FR4 mahimong dili ang labing kaayo nga kapilian. Ang dielectric constant (Dk) sa FR4 mao ang 4.5, ang dielectric constant sa mas advanced nga Rogers 4003 series nga materyal mao ang 3.55, ug ang dielectric constant sa brother series nga Rogers 4350 mao ang 3.66.

"Ang dielectric nga makanunayon sa usa ka laminate nagtumong sa ratio sa kapasidad o kusog tali sa usa ka parisan sa mga konduktor duol sa laminate sa kapasidad o kusog tali sa pares sa mga konduktor sa vacuum. Sa taas nga mga frequency, labing maayo nga adunay gamay nga pagkawala. Busa, ang Roger 4350 nga adunay dielectric nga kanunay nga 3.66 mas angay alang sa mas taas nga frequency nga aplikasyon kaysa FR4 nga adunay dielectric nga kanunay nga 4.5.

Ubos sa normal nga mga kahimtang, ang gidaghanon sa mga lut-od sa PCB alang sa masul-ob nga mga aparato gikan sa 4 hangtod 8 nga mga sapaw. Ang prinsipyo sa pagtukod sa layer mao nga kon kini usa ka 8-layer nga PCB, kini kinahanglan nga makahatag og igo nga yuta ug gahum nga mga sapaw ug sandwich ang wiring layer. Niining paagiha, ang epekto sa ripple sa crosstalk mahimong mapadayon sa labing gamay ug ang electromagnetic interference (EMI) mahimong makunhuran pag-ayo.

Sa yugto sa disenyo sa layout sa circuit board, ang plano sa layout sa kasagaran ibutang ang usa ka dako nga layer sa yuta duol sa layer sa pag-apod-apod sa kuryente. Mahimo kini nga usa ka ubos kaayo nga epekto sa ripple, ug ang kasaba sa sistema mahimo usab nga mapakunhod ngadto sa halos zero. Kini labi ka hinungdanon alang sa subsystem sa frequency sa radyo.

Kung itandi sa materyal nga Rogers, ang FR4 adunay mas taas nga dissipation factor (Df), labi na sa taas nga frequency. Alang sa mas taas nga performance sa FR4 laminates, ang Df value maoy mga 0.002, nga usa ka order sa magnitude nga mas maayo kay sa ordinaryo nga FR4. Bisan pa, ang stack ni Rogers 0.001 ra o dili kaayo. Kung ang materyal nga FR4 gigamit alang sa mga aplikasyon sa taas nga frequency, adunay usa ka hinungdanon nga kalainan sa pagkawala sa pagsal-ot. Ang pagkawala sa pagsal-ot gihubit ingon ang pagkawala sa gahum sa signal gikan sa punto A hangtod sa punto B kung gigamit ang FR4, Rogers o uban pang mga materyales.

paghimo og mga problema

Ang masul-ob nga PCB nanginahanglan mas estrikto nga pagkontrol sa impedance. Kini usa ka hinungdanon nga hinungdan alang sa mga gamit nga magamit. Ang pagpares sa impedance makahimo og mas limpyo nga pagpasa sa signal. Kaniadto, ang sukaranan nga pagtugot alang sa mga timailhan sa pagdala sa signal mao ang ± 10%. Kini nga timailhan klaro nga dili igo alang sa karon nga high-frequency ug high-speed nga mga sirkito. Ang kasamtangan nga kinahanglanon mao ang ± 7%, ug sa pipila ka mga kaso bisan ± 5% o ubos pa. Kini nga parameter ug uban pang mga baryable seryosong makaapekto sa paghimo niining mga masul-ob nga PCB nga adunay partikular nga estrikto nga pagkontrol sa impedance, sa ingon gilimitahan ang gidaghanon sa mga negosyo nga makahimo niini.

Ang dielectric nga kanunay nga pagtugot sa laminate nga hinimo sa Rogers UHF nga mga materyales sa kasagaran gipadayon sa ± 2%, ug ang pipila nga mga produkto mahimo’g makaabut sa ± 1%. Sa kasukwahi, ang dielectric nga kanunay nga pagtugot sa FR4 laminate ingon kataas sa 10%. Busa, itandi Kini nga duha ka mga materyal nga makita nga Rogers 'pagsal-ot pagkawala mao ang partikular nga ubos. Kung itandi sa tradisyonal nga mga materyales sa FR4, ang pagkawala sa transmission ug pagkawala sa pagsal-ot sa stack sa Rogers katunga nga mas ubos.

Sa kadaghanan nga mga kaso, ang gasto mao ang labing hinungdanon. Bisan pa, ang Rogers makahatag medyo ubos nga pagkawala sa high-frequency nga laminate nga pasundayag sa usa ka madawat nga punto sa presyo. Para sa komersyal nga mga aplikasyon, ang Rogers mahimo nga usa ka hybrid nga PCB nga adunay epoxy-based nga FR4, pipila ka mga lut-od nga naggamit sa materyal nga Rogers, ug ang ubang mga lut-od naggamit sa FR4.

Kung nagpili usa ka stack sa Rogers, ang frequency mao ang panguna nga konsiderasyon. Kung ang frequency molapas sa 500MHz, ang mga tigdesinyo sa PCB lagmit nga mopili sa mga materyales nga Rogers, labi na alang sa RF / microwave circuits, tungod kay kini nga mga materyales makahatag og mas taas nga performance kung ang ibabaw nga mga pagsubay hugot nga kontrolado sa impedance.

Kung itandi sa materyal nga FR4, ang materyal nga Rogers mahimo usab nga maghatag gamay nga pagkawala sa dielectric, ug ang kanunay nga dielectric niini lig-on sa usa ka halapad nga sakup sa frequency. Dugang pa, ang materyal nga Rogers makahatag sa sulundon nga mubu nga pagsulud sa pagkawala sa pasundayag nga gikinahanglan sa taas nga frequency nga operasyon.

Ang coefficient sa thermal expansion (CTE) sa Rogers 4000 series nga mga materyales adunay maayo kaayo nga dimensional nga kalig-on. Kini nagpasabot nga kon itandi sa FR4, sa dihang ang PCB moagi sa bugnaw, init ug init kaayo nga reflow soldering cycles, ang thermal expansion ug contraction sa circuit board mahimong mamentinar sa usa ka stable nga limitasyon ubos sa mas taas nga frequency ug mas taas nga temperatura nga mga siklo.

Sa kaso sa nagkasagol nga stacking, sayon ​​​​nga gamiton ang komon nga teknolohiya sa proseso sa paggama aron isagol ang Rogers ug high-performance nga FR4 nga magkauban, mao nga kini sayon ​​​​nga makab-ot ang taas nga ani sa manufacturing. Ang Rogers stack wala magkinahanglan og espesyal pinaagi sa proseso sa pagpangandam.

Ang kasagarang FR4 dili makab-ot ang kasaligan kaayo nga pasundayag sa elektrisidad, apan ang mga high-performance nga FR4 nga mga materyales adunay maayo nga kasaligan nga mga kinaiya, sama sa mas taas nga Tg, medyo ubos nga gasto, ug mahimong magamit sa usa ka halapad nga aplikasyon, gikan sa yano nga disenyo sa audio hangtod sa komplikado nga mga aplikasyon sa microwave. .

Mga konsiderasyon sa disenyo sa RF/Microwave

Ang madaladala nga teknolohiya ug Bluetooth nagbukas sa dalan alang sa RF/microwave nga mga aplikasyon sa masul-ob nga mga himan. Ang frequency range karon nahimong mas dinamiko. Pipila ka tuig ang milabay, ang taas kaayo nga frequency (VHF) gihubit nga 2GHz ~ 3GHz. Apan karon atong makita ang ultra-high frequency (UHF) nga mga aplikasyon gikan sa 10GHz ngadto sa 25GHz.

Busa, alang sa masul-ob nga PCB, ang RF nga bahin nanginahanglan dugang nga pagtagad sa mga isyu sa mga kable, ug ang mga signal kinahanglan nga ibulag nga gilain, ug ang mga pagsubay nga nagpatunghag mga signal sa high-frequency kinahanglan nga ipahilayo sa yuta. Ang ubang mga konsiderasyon naglakip sa: paghatag ug bypass filter, igong decoupling capacitors, grounding, ug pagdesinyo sa transmission line ug return line nga halos managsama.

Ang bypass filter makapugong sa ripple effect sa noise content ug crosstalk. Ang mga decoupling capacitor kinahanglang ibutang nga mas duol sa mga pin sa device nga nagdala og mga signal sa kuryente.

Ang high-speed transmission lines ug signal circuits nanginahanglan ug ground layer nga ibutang taliwala sa power layer signal aron mahapsay ang jitter nga namugna sa noise signal. Sa mas taas nga katulin sa signal, ang gagmay nga impedance mismatches mahimong hinungdan sa dili balanse nga transmission ug pagdawat sa mga signal, nga moresulta sa pagtuis. Busa, ang espesyal nga atensyon kinahanglan ibayad sa problema sa pagpares sa impedance nga may kalabutan sa signal sa frequency sa radyo, tungod kay ang signal sa frequency sa radyo adunay taas nga tulin ug usa ka espesyal nga pagtugot.

Ang mga linya sa transmission sa RF nanginahanglan kontrolado nga impedance aron maipadala ang mga signal sa RF gikan sa usa ka piho nga substrate sa IC hangtod sa PCB. Kini nga mga linya sa transmission mahimong ipatuman sa gawas nga layer, ibabaw nga layer, ug ubos nga layer, o mahimong gidisenyo sa tunga nga layer.

Ang mga pamaagi nga gigamit sa panahon sa PCB RF design layout mao ang microstrip line, floating strip line, coplanar waveguide o grounding. Ang linya sa microstrip naglangkob sa usa ka pirmi nga gitas-on sa metal o mga bakas ug ang tibuuk nga eroplano sa yuta o bahin sa eroplano sa yuta nga direkta sa ilawom niini. Ang kinaiya nga impedance sa kinatibuk-ang istruktura sa linya sa microstrip gikan sa 50Ω hangtod 75Ω.

Ang naglutaw nga stripline mao ang lain nga pamaagi sa mga wiring ug pagsumpo sa kasaba. Kini nga linya naglangkob sa fixed-width nga mga wiring sa sulod nga layer ug usa ka dako nga ground plane sa ibabaw ug sa ubos sa center conductor. Ang ground plane naa sa taliwala sa power plane, aron makahatag kini usa ka epektibo kaayo nga epekto sa grounding. Kini ang gipalabi nga pamaagi alang sa masul-ob nga PCB RF signal wiring.

Ang coplanar waveguide makahatag ug mas maayong pagkahimulag duol sa RF circuit ug sa sirkito nga kinahanglang ipaduol nga mas duol. Kini nga medium naglangkob sa usa ka sentral nga konduktor ug mga eroplano sa yuta sa bisan asa nga kilid o sa ubos. Ang labing kaayo nga paagi sa pagpasa sa mga signal sa frequency sa radyo mao ang pagsuspinde sa mga linya sa strip o coplanar waveguides. Kining duha ka pamaagi makahatag ug mas maayong pagkahimulag tali sa signal ug RF traces.

Girekomenda nga gamiton ang gitawag nga "pinaagi sa koral" sa duha ka kilid sa coplanar waveguide. Kini nga pamaagi makahatag og usa ka laray sa ground vias sa matag metal nga yuta nga eroplano sa center conductor. Ang nag-unang pagsubay nga nagdagan sa tunga adunay mga koral sa matag kilid, sa ingon naghatag usa ka shortcut alang sa pagbalik sa karon sa yuta sa ubos. Kini nga pamaagi makapakunhod sa lebel sa kasaba nga may kalabutan sa taas nga ripple nga epekto sa RF signal. Ang dielectric constant sa 4.5 nagpabilin nga pareho sa FR4 nga materyal sa prepreg, samtang ang dielectric nga constant sa prepreg-gikan sa microstrip, stripline o offset stripline-mga 3.8 ngadto sa 3.9.

Sa pipila ka mga himan nga naggamit sa usa ka ground plane, ang blind vias mahimong gamiton aron mapalambo ang decoupling performance sa power capacitor ug maghatag og shunt path gikan sa device ngadto sa yuta. Ang agianan sa shunt paingon sa yuta makapamubo sa gitas-on sa via. Makab-ot niini ang duha ka katuyoan: dili ka lang maghimo usa ka shunt o yuta, apan makunhuran usab ang distansya sa transmission sa mga aparato nga adunay gagmay nga mga lugar, nga usa ka hinungdanon nga hinungdan sa disenyo sa RF.