A causa di a piccula dimensione è dimensione, ùn ci hè quasi nisuna norma di circuiti stampati esistenti per u crescente mercatu di l'IoT wearable. Prima chì sti standard sò esce, avemu avutu a cunfidenza nantu à a cunniscenza è l'esperienza di fabricazione amparata in u sviluppu à livellu di bordu è pensà à cumu applicàli à sfide emergenti uniche. Ci sò trè spazii chì necessitanu a nostra attenzione particulari. Sò: materiali di superficia di circuitu, designu RF / microonde è linee di trasmissione RF.

materiale PCB

"PCB" hè generalmente custituitu di laminati, chì ponu esse fatti di epossidi rinforzati di fibra (FR4), polyimide o materiali Rogers o altri materiali laminati. U materiale insulating trà e diverse strati hè chjamatu prepreg.

i dispusitivi wearable necessitanu alta affidabilità, cusì quandu i diseggiani di PCB sò affruntati cù l'scelta di utilizà FR4 (u materiale di fabricazione di PCB più costuali) o materiali più avanzati è più caru, questu diventerà un prublema.

Se l'applicazioni PCB portabili necessitanu materiali d'alta velocità è alta frequenza, FR4 ùn pò micca esse a megliu scelta. A constante dielettrica (Dk) di FR4 hè 4,5, a custante dielettrica di u materiale più avanzatu di a serie Rogers 4003 hè 3,55, è a custante dielettrica di a serie di fratellu Rogers 4350 hè 3,66.

"A constante dielettrica di un laminatu si riferisce à u rapportu di a capacità o energia trà un paru di cunduttori vicinu à u laminatu à a capacità o energia trà u paru di cunduttori in vacuum. À frequenze alte, hè megliu avè una piccula perdita. Dunque, Roger 4350 cù una constante dielettrica di 3,66 hè più adattatu per l'applicazioni di freccia più altu ch'è FR4 cù una constante dielettrica di 4,5.

In circustanze normale, u numeru di strati di PCB per i dispositi portabili varieghja da 4 à 8 strati. U principiu di a custruzzione di strati hè chì, s'ellu hè un PCB di 8 strati, deve esse capace di furnisce abbastanza strati di terra è di putenza è sandwich u stratu di cablaggio. In questu modu, l'effettu ondulazione in crosstalk pò esse mantinutu à u minimu è l'interferenza elettromagnetica (EMI) pò esse ridutta significativamente.

In a tappa di cuncepimentu di schema di circuitu, u pianu di schema hè generalmente di mette una grande capa di terra vicinu à a strata di distribuzione di energia. Questu pò furmà un effettu ripple assai bassu, è u rumore di u sistema pò ancu esse ridutta à quasi zero. Questu hè particularmente impurtante per u subsistema di freccia radio.

Comparatu cù u materiale Rogers, FR4 hà un fattore di dissipazione più altu (Df), soprattuttu à alta frequenza. Per i laminati FR4 di rendiment più altu, u valore Df hè di circa 0,002, chì hè un ordine di grandezza megliu cà FR4 ordinariu. Tuttavia, a pila di Rogers hè solu 0.001 o menu. Quandu u materiale FR4 hè utilizatu per l'applicazioni d'alta frequenza, ci sarà una diferenza significativa in a perdita di inserzione. A perdita di inserzione hè definita cum'è a perdita di putenza di u segnu da u puntu A à u puntu B quandu si usa FR4, Rogers o altri materiali.

creà prublemi

U PCB portabile richiede un cuntrollu di impedenza più strettu. Questu hè un fattore impurtante per i dispositi purtati. A cuncordanza di impedenza pò pruduce una trasmissione di signale più pulita. Prima, a tolleranza standard per i signali chì portanu tracce era ± 10%. Questu indicatore hè ovviamente micca abbastanza bonu per i circuiti d'alta frequenza è di alta velocità di l'oghje. U requisitu attuale hè ± 7%, è in certi casi ancu ± 5% o menu. Stu paràmetru è altre variabili affettanu seriamente a fabricazione di questi PCB wearable cun un cuntrollu di impedenza particularmente strettu, limitendu cusì u numeru di imprese chì ponu fabricà.

A tolleranza constante dielettrica di u laminatu fattu di materiali Rogers UHF hè generalmente mantinutu à ± 2%, è certi prudutti ponu ancu ghjunghje à ± 1%. In cuntrastu, a tolleranza constante dielettrica di u laminatu FR4 hè altu cum'è 10%. Dunque, paragunate Sti dui materiali pò esse trovu chì a perdita di inserimentu di Rogers hè particularmente bassu. In cunfrontu cù i materiali tradiziunali FR4, a perdita di trasmissione è a perdita di inserimentu di a pila di Rogers sò a mità più bassu.

In a maiò parte di i casi, u costu hè u più impurtante. In ogni casu, Rogers pò furnisce un rendimentu di laminatu d'alta frequenza relativamente bassu à perdita à un prezzu accettabile. Per l'applicazioni cummirciali, Rogers pò esse fattu in un PCB hibridu cù FR4 basatu in epossidichi, certi strati chì utilizanu materiale Rogers, è altri strati utilizanu FR4.

Quandu sceglite una pila di Rogers, a freccia hè a prima considerazione. Quandu a frequenza supera i 500MHz, i diseggiani di PCB tendenu à sceglie i materiali Rogers, in particulare per i circuiti RF / microwave, perchè questi materiali ponu furnisce un rendimentu più altu quandu e tracce superiori sò strettamente cuntrullati da l'impedenza.

In cunfrontu cù u materiale FR4, u materiale Rogers pò ancu furnisce una perdita dielettrica più bassa, è a so constante dielettrica hè stabile in una larga gamma di freccia. Inoltre, u materiale Rogers pò furnisce u rendiment ideale di perdita d'inserimentu bassu necessariu da u funziunamentu d'alta frequenza.

U coefficiente di espansione termica (CTE) di i materiali di a serie Rogers 4000 hà una stabilità dimensionale eccellente. Questu significa chì, paragunatu à FR4, quandu u PCB hè sottumessu à cicli di saldatura di riflussu friddu, caldu è assai caldu, l'espansione termale è a cuntrazione di u circuitu pò esse mantinutu à un limitu stabile sottu à una frequenza più alta è cicli di temperatura più altu.

In u casu di stacking mista, hè facile à aduprà tecnulugia prucessu di fabricazione cumuna à mischjà Rogers è FR4 high-prestazzioni inseme, cusì hè relativamente facile à ghjunghje sin'à altu rendiment manifattura. A pila di Rogers ùn hà micca bisognu di un prucessu speciale di preparazione.

FR4 cumune ùn pò micca ottene prestazioni elettriche assai affidabili, ma i materiali FR4 d'alta prestazione anu boni caratteristiche di affidabilità, cum'è un Tg più altu, un costu relativamente bassu, è pò esse usatu in una larga gamma di applicazioni, da u disignu audio simplice à l'applicazioni cumplessi di microonde. .

Considerazioni di cuncepimentu RF / Microwave

A tecnulugia portatile è Bluetooth anu alluntanatu a strada per l'applicazioni RF / microonde in i dispositi purtati. A gamma di frequenze d'oghje diventa sempre più dinamica. Uni pochi anni fà, a frequenza assai alta (VHF) hè stata definita cum'è 2GHz ~ 3GHz. Ma avà pudemu vede applicazioni ultra-alta frequenza (UHF) chì varieghja da 10GHz à 25GHz.

Dunque, per u PCB wearable, a parte RF richiede più attenzione à i prublemi di cablaggio, è i signali duveranu esse separati, è e tracce chì generanu signali d'alta freccia deve esse tenute luntanu da a terra. Altre considerazioni includenu: furnisce un filtru di bypass, capacitori di decoupling adatti, messa in terra, è cuncepimentu di a linea di trasmissione è a linea di ritornu per esse quasi uguali.

U filtru di bypass pò suppressione l'effettu ondulazione di u cuntenutu di u rumore è a diafonia. I condensatori di decoupling anu da esse piazzati più vicinu à i pins di u dispusitivu chì portanu segnali di putenza.

E linee di trasmissione à alta velocità è i circuiti di signale necessitanu una strata di terra per esse piazzata trà i segnali di a capa di putenza per liscia u jitter generatu da i segnali di rumore. A velocità di signale più altu, i picculi discordati di impedenza pruvucanu a trasmissione è a ricezione sbilanciata di i segnali, risultatu in distorsioni. Per quessa, una attenzione particulari deve esse pagata à u prublema di currispundenza d'impedenza ligata à u segnu di freccia radio, perchè u signale di freccia radio hà una alta velocità è una tolleranza speciale.

E linee di trasmissione RF necessitanu impedenza cuntrullata per trasmette segnali RF da un sustrato IC specificu à u PCB. Queste linee di trasmissione ponu esse implementate nantu à a capa esterna, a capa superiore è a capa di fondu, o ponu esse disignate in a capa media.

I metudi utilizati durante u layout di cuncepimentu di PCB RF sò linea di microstrip, linea di striscia flottante, guida d'onda coplanare o messa a terra. A linea di microstrip hè custituita da una lunghezza fissa di metallu o tracce è tuttu u pianu di terra o parte di u pianu di terra direttamente sottu. L'impedenza caratteristica in a struttura generale di a linea microstrip varieghja da 50Ω à 75Ω.

Stripline flottante hè un altru mètudu di cablaggio è suppressione di u rumore. Questa linea hè custituita da cablaggio di larghezza fissa nantu à a capa interna è un grande pianu di terra sopra è sottu à u cunduttore centru. U pianu di terra hè sandwiched trà u pianu di putenza, cusì pò furnisce un effettu di terra assai efficace. Questu hè u metudu preferitu per u cablaggio di signale PCB RF portabile.

A guida d'onda coplanare pò furnisce un isolamentu megliu vicinu à u circuitu RF è u circuitu chì deve esse instradatu più vicinu. Stu mediu hè custituitu da un cunduttore cintrali è piani di terra in ogni latu o sottu. U megliu modu per trasmette segnali di radiofrequenza hè di suspende linee di striscia o guide d'onda coplanari. Sti dui metudi ponu furnisce un isolamentu megliu trà u signale è e tracce RF.

Hè cunsigliatu d'utilizà a chjamata "via fence" da i dui lati di a guida d'onda coplanar. Stu metudu pò furnisce una fila di vias di terra nantu à ogni pianu di terra metallica di u cunduttore centru. A traccia principale chì curreghja in u mezzu hà fence in ogni latu, cusì furnisce una scurciatoia per u currente di ritornu à a terra sottu. Stu metudu pò riduce u livellu di rumore assuciatu cù l'effettu ondulazione altu di u signale RF. A custante dielettrica di 4.5 ferma u listessu cum'è u materiale FR4 di u prepreg, mentre chì a constante dielettrica di u prepreg - da microstrip, stripline o offset stripline - hè di circa 3.8 à 3.9.

In certi dispusitivi chì utilizanu un pianu di terra, vias cecu pò esse usatu per migliurà a prestazione di decoupling di u condensatore di putenza è furnisce una strada di shunt da u dispusitivu à a terra. A strada di shunt à a terra pò accurtà a durata di a via. Stu pò ghjunghje sin'à dui scopi: vo ùn solu creà un shunt o terra, ma dinù riduce a distanza di trasmissione di i dispusitivi cù zoni chjuchi, chì hè un fattore di disignu RF impurtante.