På grund af den lille størrelse og størrelse er der næsten ingen eksisterende trykt kredsløbskortstandarder for det voksende bærbare IoT -marked. Inden disse standarder kom ud, var vi nødt til at stole på den viden og fremstillingsoplevelse, der blev lært inden for udvikling af bestyrelsesniveau og tænke over, hvordan man anvender dem til unikke nye udfordringer. Der er tre områder, der kræver vores specielle opmærksomhed. De er: Circuit Board Surface Materials, RF/Microwave Design og RF transmissionslinjer.

PCB -materiale

"PCB" består generelt af laminater, som kan være lavet af fiberforstærket epoxy (FR4), polyimid- eller Rogers-materialer eller andre laminatmaterialer. Det isolerende materiale mellem de forskellige lag kaldes en forpreg.

Bærbare enheder kræver høj pålidelighed, så når PCB-designere står over for valget af at bruge FR4 (det mest omkostningseffektive PCB-fremstillingsmateriale) eller mere avancerede og dyrere materialer, vil dette blive et problem.

Hvis bærbare PCB-applikationer kræver højhastighedsmaterialer med højfrekvent, er FR4 muligvis ikke det bedste valg. Den dielektriske konstant (DK) af FR4 er 4,5, den dielektriske konstant for det mere avancerede Rogers 4003 -serie materiale er 3,55, og den dielektriske konstant i bror -serien Rogers 4350 er 3.66.

”Den dielektriske konstant af et laminat henviser til forholdet mellem kapacitansen eller energien mellem et par ledere nær laminatet til kapacitansen eller energien mellem paret af ledere i vakuum. Ved høje frekvenser er det bedst at have et lille tab. Derfor er Roger 4350 med en dielektrisk konstant på 3,66 mere egnede til højere frekvensanvendelse end FR4 med en dielctic -konstant på 4.5.

Under normale omstændigheder varierer antallet af PCB -lag til bærbare enheder fra 4 til 8 lag. Princippet om lagskonstruktion er, at hvis det er en 8-lags PCB, skal det være i stand til at tilvejebringe nok jord- og kraftlag og sandwich ledningslaget. På denne måde kan ringvirkningen i krydstale holdes på et minimum, og elektromagnetisk interferens (EMI) kan reduceres markant.

I Circuit Board -layoutdesignfasen er layoutplanen generelt at placere et stort jordlag tæt på strømfordelingslaget. Dette kan danne en meget lav ringvirkning, og systemstøj kan også reduceres til næsten nul. Dette er især vigtigt for radiofrekvensundersystemet.

Sammenlignet med Rogers -materiale har FR4 en højere dissipationsfaktor (DF), især ved høj frekvens. For højere ydelse FR4 -laminater er DF -værdien ca. 0,002, hvilket er en størrelsesorden bedre end almindelig FR4. Imidlertid er Rogers 'stak kun 0,001 eller mindre. Når FR4 -materiale bruges til højfrekvente applikationer, vil der være en signifikant forskel i indsættelsestab. Indsættelsestab defineres som effekttabet af signalet fra punkt A til punkt B, når man bruger FR4, Rogers eller andre materialer.

skabe problemer

Bærbar PCB kræver strengere impedansstyring. Dette er en vigtig faktor for bærbare enheder. Impedans -matching kan producere renere signaloverførsel. Tidligere var standardtolerancen for signal, der bærer spor ± 10%. Denne indikator er åbenlyst ikke god nok til dagens højfrekvente og højhastighedskredsløb. Det aktuelle krav er ± 7% og i nogle tilfælde endda ± 5% eller mindre. Denne parameter og andre variabler vil alvorligt påvirke fremstillingen af ​​disse bærbare PCB med særlig streng impedansstyring og derved begrænse antallet af virksomheder, der kan fremstille dem.

Den dielektriske konstante tolerance af laminatet lavet af Rogers UHF -materialer opretholdes generelt til ± 2%, og nogle produkter kan endda nå ± 1%. I modsætning hertil er den dielektriske konstante tolerance for FR4 -laminatet så høj som 10%. Sammenlign derfor disse to materialer kan findes, at Rogers 'indsættelsestab er særlig lavt. Sammenlignet med traditionelle FR4 -materialer er transmissionstabet og indsættelsestab af Rogers -stakken halvt lavere.

I de fleste tilfælde er omkostninger de vigtigste. Imidlertid kan Rogers give relativt lavt-tab højfrekvent laminatpræstation til et acceptabelt prispunkt. Til kommercielle applikationer kan Rogers gøres til en hybrid PCB med epoxybaseret FR4, hvor nogle lag bruger Rogers-materiale, og andre lag bruger FR4.

Når du vælger en Rogers -stak, er frekvens den primære overvejelse. Når frekvensen overstiger 500 MHz, har PCB -designere en tendens til at vælge Rogers -materialer, især til RF/mikrobølge -kredsløb, fordi disse materialer kan give højere ydelse, når de øvre spor strengt kontrolleres af impedans.

Sammenlignet med FR4 -materiale kan Rogers -materiale også give lavere dielektrisk tab, og dets dielektriske konstant er stabil i et bredt frekvensområde. Derudover kan Rogers -materiale give den ideelle lave indsættelsestabspræstation, der kræves ved højfrekvensdrift.

Koefficienten for termisk ekspansion (CTE) for Rogers 4000 -seriematerialer har fremragende dimensionel stabilitet. Dette betyder, at sammenlignet med FR4, når PCB gennemgår koldt, varmt og meget varmt reflow -lodningscyklusser, kan den termiske ekspansion og sammentrækning af kredsløbskortet opretholdes ved en stabil grænse under højere frekvens og højere temperaturcyklusser.

I tilfælde af blandet stabling er det let at bruge almindelig fremstillingsproces-teknologi til at blande Rogers og højtydende FR4 sammen, så det er relativt let at opnå et højt produktionsudbytte. Rogers -stakken kræver ikke en speciel via forberedelsesproces.

Almindelig FR4 kan ikke opnå meget pålidelig elektrisk ydeevne, men FR4-materialer med høj ydeevne har gode pålidelighedskarakteristika, såsom højere TG, stadig relativt lave omkostninger og kan bruges i en lang række applikationer, fra enkle lyddesign til komplekse mikrobølgeovn.

RF/mikrobølge designovervejelser

Bærbar teknologi og Bluetooth har banet vejen for RF/mikrobølgeapplikationer i bærbare enheder. Dagens frekvensområde bliver mere og mere dynamisk. For et par år siden blev meget høj frekvens (VHF) defineret som 2GHz ~ 3GHz. Men nu kan vi se ultrahøj frekvens (UHF) applikationer, der spænder fra 10 GHz til 25 GHz.

Derfor kræver RF-delen for den bærbare PCB mere opmærksomhed på ledningsspørgsmålene, og signalerne skal adskilles separat, og de spor, der genererer højfrekvente signaler, skal holdes væk fra jorden. Andre overvejelser inkluderer: Tilvejebringelse af et bypass -filter, tilstrækkelig afkobling af kondensatorer, jordforbindelse og design af transmissionslinjen og returlinjen til at være næsten lige.

Bypass -filter kan undertrykke ringvirkningen af ​​støjindhold og krydstale. Afkobling af kondensatorer skal placeres tættere på enhedsstifterne, der bærer effektsignaler.

Højhastighedstransmissionslinjer og signalkredsløb kræver et jordlag, der skal placeres mellem effektlagets signaler for at udjævne jitteret genereret af støjsignaler. Ved højere signalhastigheder vil små impedansmisbrug forårsage ubalanceret transmission og modtagelse af signaler, hvilket resulterer i forvrængning. Derfor skal der lægges særlig vægt på impedansens matchende problem relateret til radiofrekvenssignalet, fordi radiofrekvenssignalet har en høj hastighed og en særlig tolerance.

RF -transmissionslinjer kræver kontrolleret impedans for at transmittere RF -signaler fra et specifikt IC -substrat til PCB. Disse transmissionslinjer kan implementeres på det ydre lag, øverste lag og bundlag eller kan designes i det midterste lag.

De metoder, der bruges under PCB RF -designlayout, er mikrostriplinie, flydende striplinie, coplanar bølgeleder eller jordforbindelse. Mikrostriplinjen består af en fast længde af metal eller spor og hele jordplanet eller en del af jordplanet direkte under det. Den karakteristiske impedans i den generelle mikrostriplinjestruktur varierer fra 50Ω til 75Ω.

Flydende stripline er en anden metode til ledning og støjundertrykkelse. Denne linje består af ledninger med fast bredde på det indre lag og et stort jordplan over og under midtlederen. Jordplanet er klemt fast mellem kraftplanet, så det kan give en meget effektiv jordforbindelseseffekt. Dette er den foretrukne metode til bærbar PCB RF -signal ledninger.

Coplanar -bølgeleder kan tilvejebringe bedre isolering nær RF -kredsløbet og kredsløbet, der skal dirigeres tættere. Dette medium består af en central leder og jordplan på hver side eller derunder. Den bedste måde at transmittere radiofrekvenssignaler på er at suspendere stribelinjer eller coplanære bølgeledere. Disse to metoder kan give bedre isolering mellem signalet og RF -spor.

Det anbefales at bruge det såkaldte "via hegn" på begge sider af den coplanære bølgeleder. Denne metode kan tilvejebringe en række jord Vias på hvert metal jordplan for midtlederen. Det vigtigste spor, der kører i midten, har hegn på hver side, hvilket giver en genvej til returstrømmen til jorden nedenfor. Denne metode kan reducere støjniveauet forbundet med den høje ringvirkning af RF -signalet. Den dielektriske konstant på 4,5 forbliver den samme som FR4 -materialet i prepreg, mens den dielektriske konstant af forpreg - fra mikrostrip, stripline eller offset stripline - er ca. 3,8 til 3,9.

I nogle enheder, der bruger et jordplan, kan blinde vias bruges til at forbedre afkoblingens ydelse af effektkondensatoren og tilvejebringe en shuntsti fra enheden til jorden. Shunt -stien til jorden kan forkorte længden af ​​via. Dette kan opnå to formål: Du opretter ikke kun en shunt eller jord, men reducerer også transmissionsafstanden på enheder med små områder, hvilket er en vigtig RF -designfaktor.