Väikese suuruse ja suuruse tõttu puuduvad kasvaval kantavate asjade Interneti turul peaaegu puuduvad trükkplaatide standardid. Enne nende standardite väljatulekut pidime toetuma plaaditasemel arenduses omandatud teadmistele ja tootmiskogemustele ning mõtlema, kuidas neid ainulaadsete esilekerkivate väljakutsete jaoks rakendada. On kolm valdkonda, mis nõuavad meie erilist tähelepanu. Need on: trükkplaadi pinnamaterjalid, RF/mikrolaine disain ja RF ülekandeliinid.

PCB materjal

"PCB" koosneb üldiselt laminaatidest, mis võivad olla valmistatud kiuga tugevdatud epoksiidist (FR4), polüimiidist või Rogersi materjalidest või muudest laminaatmaterjalidest. Erinevate kihtide vahelist isolatsioonimaterjali nimetatakse prepregiks.

kantavad seadmed nõuavad suurt töökindlust, nii et kui PCB-de disainerid seisavad silmitsi valikuga, kas kasutada FR4 (kõige kuluefektiivsem trükkplaatide tootmismaterjal) või täiustatud ja kallimaid materjale, muutub see probleemiks.

Kui kantavad PCB-rakendused nõuavad kiireid ja kõrgsageduslikke materjale, ei pruugi FR4 olla parim valik. FR4 dielektriline konstant (Dk) on 4,5, arenenuma Rogers 4003 seeria materjali dielektriline konstant on 3,55 ja vennaseeria Rogers 4350 dielektriline konstant on 3,66.

"Laminaadi dielektriline konstant viitab laminaadi lähedal asuva juhtmepaari vahelise mahtuvuse või energia suhtele vaakumis oleva juhtmepaari vahelise mahtuvuse või energia vahel. Kõrgetel sagedustel on kõige parem olla väike kadu. Seetõttu sobib Roger 4350 dielektrilise konstandiga 3,66 kõrgema sagedusega rakenduste jaoks paremini kui FR4 dielektrilise konstandiga 4,5.

Tavaolukorras on kantavate seadmete PCB kihtide arv 4 kuni 8 kihti. Kihi ehitamise põhimõte on see, et kui tegemist on 8-kihilise PCB-ga, peaks see suutma pakkuda piisavalt maandus- ja toitekihte ning juhtmestiku kihte. Sel viisil saab läbirääkimise pulsatsiooniefekti minimeerida ja elektromagnetilisi häireid (EMI) oluliselt vähendada.

Trükkplaadi paigutuse projekteerimisetapis on paigutusplaanis üldiselt paigutada suur maakiht voolujaotuskihi lähedusse. See võib tekitada väga madala pulsatsiooniefekti ja ka süsteemimüra saab vähendada peaaegu nullini. See on eriti oluline raadiosagedusliku alamsüsteemi jaoks.

Võrreldes Rogersi materjaliga on FR4-l kõrgem hajumistegur (Df), eriti kõrgel sagedusel. Suurema jõudlusega FR4 laminaatide puhul on Df väärtus umbes 0,002, mis on suurusjärgu võrra parem kui tavalisel FR4-l. Rogersi stäkk on aga vaid 0,001 või vähem. Kui FR4 materjali kasutatakse kõrgsageduslike rakenduste jaoks, on sisestuskadu oluliselt erinev. Sisestuskadu on määratletud kui signaali võimsuskadu punktist A punkti B, kui kasutatakse FR4, Rogersi või muid materjale.

probleeme tekitada

Kantav PCB nõuab rangemat impedantsi kontrolli. See on kantavate seadmete puhul oluline tegur. Impedantsi sobitamine võib anda puhtama signaaliülekande. Varem oli signaali kandejälgede standardtolerants ±10%. Ilmselgelt pole see näitaja tänapäevaste kõrgsageduslike ja kiirete ahelate jaoks piisavalt hea. Praegune nõue on ±7% ja mõnel juhul isegi ±5% või vähem. See parameeter ja muud muutujad mõjutavad tõsiselt nende kantavate PCB-de tootmist eriti range impedantsi kontrolliga, piirates seeläbi neid tootvate ettevõtete arvu.

Rogersi UHF-materjalidest valmistatud laminaadi dielektrilise konstandi tolerants on üldiselt ±2% ja mõned tooted võivad ulatuda isegi ±1% -ni. Seevastu FR4 laminaadi dielektrilise konstandi tolerants on koguni 10%. Seetõttu võrrelge Neid kahte materjali võib leida, et Rogersi sisestuskadu on eriti väike. Võrreldes traditsiooniliste FR4 materjalidega on Rogersi virna ülekandekadu ja sisestuskadu poole väiksem.

Enamikul juhtudel on kulu kõige olulisem. Siiski suudab Rogers pakkuda suhteliselt madala kadudega kõrgsageduslaminaadi jõudlust vastuvõetava hinnaga. Kommertsrakenduste jaoks saab Rogersist teha hübriidse PCB epoksiidipõhise FR4-ga, mille mõned kihid kasutavad Rogersi materjali ja teised kihid FR4.

Rogersi virna valimisel on esmatähtis sagedus. Kui sagedus ületab 500 MHz, kipuvad trükkplaatide disainerid valima Rogersi materjale, eriti RF / mikrolaineahelate jaoks, kuna need materjalid võivad pakkuda suuremat jõudlust, kui ülemisi jälgi kontrollib rangelt impedants.

Võrreldes FR4 materjaliga võib Rogersi materjal pakkuda ka väiksemat dielektrilist kadu ja selle dielektriline konstant on stabiilne laias sagedusvahemikus. Lisaks võib Rogersi materjal pakkuda ideaalset madalat sisestuskadu, mida nõuab kõrgsageduslik töö.

Rogers 4000 seeria materjalide soojuspaisumistegur (CTE) on suurepärase mõõtmete stabiilsusega. See tähendab, et võrreldes FR4-ga, kui PCB läbib külma, kuuma ja väga kuuma tagasivoolujootmise tsüklit, saab trükkplaadi soojuspaisumist ja kokkutõmbumist hoida stabiilsel piiril kõrgema sageduse ja kõrgema temperatuuri tsüklites.

Segavirnastamise korral on Rogersi ja suure jõudlusega FR4 segamiseks lihtne kasutada tavalist tootmisprotsessi tehnoloogiat, nii et kõrge tootmissaagise saavutamine on suhteliselt lihtne. Rogersi virn ei vaja spetsiaalset ettevalmistusprotsessi.

Tavaline FR4 ei suuda saavutada väga usaldusväärset elektrilist jõudlust, kuid suure jõudlusega FR4 materjalidel on head töökindlusomadused, nagu kõrgem Tg, siiski suhteliselt madal hind, ja neid saab kasutada paljudes rakendustes, alates lihtsast helikujundusest kuni keeruliste mikrolainerakendusteni. .

RF/mikrolaineahju disaini kaalutlused

Kaasaskantav tehnoloogia ja Bluetooth on sillutanud teed RF/mikrolainerakendustele kantavates seadmetes. Tänapäeva sagedusala muutub järjest dünaamilisemaks. Mõni aasta tagasi määratleti väga kõrge sagedus (VHF) kui 2GHz ~ 3GHz. Kuid nüüd näeme ülikõrgsageduslikke (UHF) rakendusi vahemikus 10 GHz kuni 25 GHz.

Seetõttu nõuab kantava PCB puhul RF-osa rohkem tähelepanu juhtmestiku probleemidele ning signaalid tuleks eraldi eraldada ning kõrgsageduslikke signaale genereerivad jäljed maapinnast eemal hoida. Muud kaalutlused hõlmavad järgmist: möödaviigufiltri pakkumine, piisavad lahtisidestuskondensaatorid, maandus ning ülekandeliini ja tagasivooluliini projekteerimine peaaegu võrdseks.

Möödaviigufilter võib summutada mürasisalduse ja ülekõnede pulsatsiooniefekti. Lahtisiduvad kondensaatorid tuleb asetada toitesignaale kandvatele seadme kontaktidele lähemale.

Kiired ülekandeliinid ja signaaliahelad nõuavad maanduskihi asetamist toitekihi signaalide vahele, et tasandada mürasignaalide tekitatud värinat. Suuremate signaalikiiruste korral põhjustavad väikesed impedantsi ebakõlad signaalide edastamise ja vastuvõtmise tasakaalustamata, põhjustades moonutusi. Seetõttu tuleb erilist tähelepanu pöörata raadiosagedussignaaliga seotud impedantsi sobitamise probleemile, kuna raadiosagedussignaalil on suur kiirus ja eriline tolerants.

RF-ülekandeliinid vajavad RF-signaalide edastamiseks konkreetselt IC-substraadilt PCB-le kontrollitud takistust. Neid ülekandeliine saab rakendada väliskihis, pealiskihis ja alumisel kihil või projekteerida keskmises kihis.

PCB RF projekteerimisel kasutatavad meetodid on mikroriba joon, ujuv ribajoon, koplanaarne lainejuht või maandus. Mikroriba liin koosneb fikseeritud pikkusest metallist või jälgedest ja kogu alusplaadist või selle osast vahetult selle all. Iseloomulik impedants üldises mikroriba liini struktuuris on vahemikus 50 Ω kuni 75 Ω.

Ujuv ribaliin on veel üks juhtmestiku ja müra summutamise meetod. See liin koosneb sisemise kihi fikseeritud laiusega juhtmestikust ja suurest alusplaadist keskjuhi kohal ja all. Maandusplaat on toitetasandi vahel, nii et see võib pakkuda väga tõhusat maandusefekti. See on kantava PCB RF-signaali juhtmestiku eelistatud meetod.

Koplanaarne lainejuht võib pakkuda paremat isolatsiooni RF-ahela ja vooluringi läheduses, mida tuleb lähemale suunata. See meedium koosneb keskjuhist ja maandustasanditest mõlemal küljel või all. Parim viis raadiosageduslike signaalide edastamiseks on ribaliinide või samatasandiliste lainejuhtide peatamine. Need kaks meetodit võimaldavad paremat isolatsiooni signaali ja raadiosageduslike jälgede vahel.

Soovitatav on kasutada mõlemal pool samatasandilist lainejuhti nn. See meetod võib pakkuda rea ​​maandusavasid keskjuhi igal metallist alusplaadil. Keskel kulgeval põhijäljel on mõlemal küljel piirded, mis tagab otsetee tagasivoolu all olevale maapinnale. See meetod võib vähendada RF-signaali suure pulsatsiooniefektiga seotud mürataset. Dielektriline konstant 4,5 jääb samaks kui prepregi FR4 materjalil, samas kui prepregi dielektriline konstant - mikroribalt, ribaliinilt või offset-ribaliinilt - on umbes 3,8 kuni 3,9.

Mõnes seadmes, mis kasutab maandusplaati, võib toitekondensaatori lahtisidumise parandamiseks ja seadmest maapinnale šundi loomiseks kasutada pimedaid. Šundi tee maapinnale võib lühendada läbipääsu pikkust. Sellega on võimalik saavutada kaks eesmärki: te mitte ainult ei loo šunti või maandust, vaid vähendate ka väikese pindalaga seadmete edastuskaugust, mis on oluline raadiosagedusliku disaini tegur.