Väikese suuruse ja suuruse tõttu pole kasvava kantava asjade turuletuleku turu jaoks peaaegu ühtegi trükitud vooluahela standardit. Enne kui need standardid välja tuleksid, pidime tuginema juhatuse tasandi arendamisel õpitud teadmistele ja tootmiskogemusele ja mõtlema, kuidas neid ainulaadsetele esilekerkivatele väljakutsetele rakendada. Meie erilist tähelepanu nõuavad kolm valdkonda. Need on: vooluahela pinnamaterjalid, RF/mikrolainekujundus ja RF ülekandeliinid.
PCB -materjal
„PCB” koosneb tavaliselt laminaatidest, mis võivad olla valmistatud kiudainega tugevdatud epoksü (FR4), polüimiidi või Rogersi materjalidest või muudest laminaatmaterjalidest. Erinevate kihtide vahelist isoleerivat materjali nimetatakse prepregiks.
Kandatavad seadmed vajavad suurt töökindlust, nii et kui PCB-disainerid seisavad silmitsi FR4 (kõige kuluefektiivsem PCB tootmismaterjal) või arenenumate ja kallimate materjalide kasutamisega, muutub see probleemiks.
Kui kantavad PCB-rakendused vajavad kiiret, kõrgsageduslikke materjale, ei pruugi FR4 olla parim valik. FR4 dielektriline konstant (DK) on 4,5, arenenud Rogersi 4003 seeria materjali dielektriline konstant on 3,55 ja venna seeria Rogers 4350 dielektriline konstant on 3,66.
„Laminaadi dielektriline konstant tähistab laminaadi lähedal asuva juhtsei lähedal mahtuvuse või energia suhtele mahtuvuse või energia vahelise mahtuvuse või energia vahelisele dirigendipaarile vaakumis. Kõrgsagedustel on kõige parem olla väike kadu. Seetõttu on Roger 4350 dielektrilise konstandiga 3,5 -kordselt sobivam kui Fr4.
Tavaoludes on kantavate seadmete PCB -kihtide arv vahemikus 4 kuni 8 kihti. Kihi konstruktsiooni põhimõte on see, et kui tegemist on 8-kihilise PCB-ga, peaks see suutma pakkuda piisavalt maapealseid ja toitekihte ning võileiva juhtmestiku kihi. Sel moel saab Rippleki efekti hoida minimaalse ja elektromagnetilise häirega (EMI) märkimisväärselt vähendada.
Ahelatahvli paigutuse kujundamise etapis on paigutusplaan tavaliselt asetada toitejaotuskihi lähedale suur maakera. See võib moodustada väga madala pulsatsiooni efekti ja ka süsteemi müra saab vähendada peaaegu nullini. See on eriti oluline raadiosageduse alamsüsteemi jaoks.
Võrreldes Rogersi materjaliga on FR4 -l suurem hajumistegur (DF), eriti kõrge sagedusega. Suurema jõudluse FR4 laminaatide korral on DF väärtus umbes 0,002, mis on suurusjärk parem kui tavaline FR4. Rogersi virn on aga ainult 0,001 või vähem. Kui kõrgsageduslike rakenduste jaoks kasutatakse FR4 materjali, on sisestamise kadumisel oluline erinevus. Sisestuskaotus on määratletud kui FR4, Rogersi või muude materjalide kasutamisel signaali võimsuse kadu punktist A punkti B.
probleeme tekitama
Kantav PCB nõuab rangemat impedantsi juhtimist. See on kantavate seadmete oluline tegur. Impedantsi sobitamine võib anda puhtama signaali ülekande. Varem oli signaalide kandejälgede standardne tolerants ± 10%. See indikaator pole ilmselgelt piisavalt hea tänapäeva kõrgsageduslike ja kiirete vooluringide jaoks. Praegune nõue on ± 7% ja mõnel juhul isegi ± 5% või vähem. See parameeter ja muud muutujad mõjutavad tõsiselt nende kantavate PCB -de valmistamist eriti range impedantsi kontrolliga, piirates seeläbi nende arvu, mis neid toota saab.
Rogersi UHF -materjalidest valmistatud laminaadi dielektriline konstantne tolerants hoitakse tavaliselt ± 2%ja mõned tooted võivad ulatuda isegi ± 1%-ni. Seevastu FR4 laminaadi dielektriline püsiv tolerants on koguni 10%. Seetõttu võib neid kahte materjali võrrelda, et Rogersi sisestamise kaotus on eriti madal. Võrreldes traditsiooniliste FR4 materjalidega on Rogersi virna ülekandekao ja sisestamise kaotus pooled madalamad.
Enamikul juhtudel on kõige olulisem hind. Rogers võib siiski pakkuda vastuvõetava hinnaga suhteliselt madala sagedusega laminaadi jõudlust. Kommertsrakenduste jaoks võib Rogersi teha epoksüpõhise FR4-ga hübriidseks PCB-ks, millest mõned kihid kasutavad Rogersi materjali, ja muud kihid kasutavad FR4.
Rogersi virna valimisel on esmane kaalutlus sagedus. Kui sagedus ületab 500MHz, kipuvad PCB -disainerid valima Rogersi materjale, eriti RF/mikrolaineahelate jaoks, kuna need materjalid võivad anda suurema jõudluse, kui ülemisi jäljeid kontrollib rangelt impedants.
Võrreldes FR4 materjaliga võib Rogersi materjal pakkuda ka madalamat dielektrilist kadu ja selle dielektriline konstant on laias sagedusvahemikus stabiilne. Lisaks võib Rogersi materjal pakkuda ideaalset madalat sisestuskaotuse jõudlust, mida nõuab kõrgsageduslik töö.
Rogers 4000 seeria materjalide soojuspaisumise koefitsiendil on suurepärane mõõtmete stabiilsus. See tähendab, et võrreldes FR4 -ga, kui PCB läbib külma, kuuma ja väga kuuma tagasivoolu jootmistsüklit, saab vooluahela soojuspaisumist ja kokkutõmbumist säilitada stabiilse piiri korral kõrgema sageduse ja kõrgema temperatuuri tsüklite korral.
Segatud virnastamise korral on Rogersi ja suure jõudlusega FR4 segamiseks lihtne kasutada ühist tootmisprotsessi tehnoloogiat, nii et kõrge tootmissaagise saavutamine on suhteliselt lihtne. Rogersi virn ei vaja spetsiaalset ettevalmistusprotsessi kaudu.
Tavaline FR4 ei suuda saavutada väga usaldusväärseid elektrilisi jõudlust, kuid suure jõudlusega FR4 materjalidel on head usaldusväärsuse omadused, näiteks kõrgem TG, endiselt suhteliselt madalad kulud ja neid saab kasutada paljudes rakendustes, alates lihtsast heli kujundusest kuni keerukate mikrolainerakendusteni.
RF/mikrolaine kujundamise kaalutlused
Kaasaskantav tehnoloogia ja Bluetooth on sillutanud teed kantavates seadmetes RF/mikrolainerakenduste jaoks. Tänapäeva sagedusvahemik on muutumas üha dünaamilisemaks. Mõni aasta tagasi määratleti väga kõrge sagedus (VHF) kui 2 GHz ~ 3 GHz. Kuid nüüd näeme ülikõrge sageduse (UHF) rakendusi vahemikus 10 GHz kuni 25 GHz.
Seetõttu nõuab kantava PCB jaoks RF-osa juhtmestiku probleemidele suuremat tähelepanu ja signaalid tuleks eraldada eraldi ning kõrgsagedussignaale tekitavad jäljed tuleks hoida maapinnast eemal. Muud kaalutlused hõlmavad järgmist: ümbersõidufiltri pakkumine, piisav lahtisistekondensaatorid, maandamine ning ülekandeliini ja tagasivoolujoone kujundamine peaaegu võrdseteks.
Ümbersõidufilter suudab mürasisalduse ja ristide pulsatsiooni efekti maha suruda. Kondensaatorid tuleb välja lülitada toitesignaale kandvate seadme tihvtide lähemale.
Kiire ülekandeliinid ja signaaliahelad vajavad toitekihi signaalide vahele asetamist jahvatatud kihi, et siluda mürasignaalide abil. Suurema signaali kiiruse korral põhjustavad väikesed impedantsi ebakõlad signaalide tasakaalustamata edastamist ja vastuvõtmist, mille tulemuseks on moonutused. Seetõttu tuleb erilist tähelepanu pöörata raadiosagedussignaaliga seotud impedantsi sobitamise probleemile, kuna raadiosagedussignaalil on kiire ja eriline tolerants.
RF ülekandeliinid vajavad kontrollitud impedantsi, et edastada RF -signaale konkreetsest IC substraadist PCB -le. Neid ülekandeliinid saab rakendada välimisel kihil, ülemisel kihil ja alumisel kihil või neid saab kujundada keskmises kihis.
PCB raadiosagedusliku kujunduse ajal kasutatud meetodid on mikrostrip -joon, ujuvriba joon, koplanaarlainejuhid või maandamine. Mikrostrip -joon koosneb fikseeritud metalli või jälgede pikkusest ja kogu maapinna tasapinnast või maapinna osast otse selle all. Mikrostrip -joone struktuuri iseloomulik takistus on vahemikus 50Ω kuni 75Ω.
Ujuv ribaliin on veel üks juhtmestiku ja müra mahasurumise meetod. See joon koosneb fikseeritud laiuse juhtmestikust sisekihil ja suurest maapinna tasapinnast keskjuhi kohal ja all. Maapealne tasapind on toitetasapinna vahel, nii et see võib pakkuda väga tõhusa maandumise efekti. See on eelistatud meetod kantava PCB RF -signaali juhtmestiku jaoks.
Koplaani lainejuhe võib pakkuda paremat isolatsiooni raadiosagedusliku vooluringi ja vooluringi lähedal, mis tuleb suunata lähemale. See meedium koosneb keskjuhist ja maapealsetest tasapindadest mõlemal küljel või all. Parim viis raadiosagedussignaalide edastamiseks on ribaliinide või koplanaarse lainejuhi riputamine. Need kaks meetodit võivad anda parema eraldatuse signaali ja RF -jälgede vahel.
Soovitatav on kasutada Nn Avence Avence'i mõlemal küljel Coplanari lainejuhi. See meetod võib pakkuda keskjuhi igale metallpinna tasapinnale maapinna rida. Keskel töötaval peamisel jälitusel on mõlemal küljel aiad, pakkudes seega otsetee tagasitulekule alloleva maapinna jaoks. See meetod võib vähendada RF -signaali kõrge pulsatsiooni efektiga seotud mürataset. Dielektriline konstant 4,5 jääb samaks kui Prepregi FR4 materjal, samas kui Prepregi dielektriline konstant - mikrostruktuurist, ribajoonest või nihkest ribajoonest - on umbes 3,8 kuni 3,9.
Mõnes maapinna tasapinna kasutavates seadmetes võib pimedaid VIA -sid kasutada toitekondensaatori lahutamis jõudluse parandamiseks ja seadmest maapinnale šunttee tagamiseks. Šundi tee maapinnale võib lühendada via pikkust. See võib saavutada kahte eesmärki: te ei loo mitte ainult šunti ega maapinda, vaid vähendate ka väikeste aladega seadmete ülekandekaugust, mis on oluline raadiosageduslik projekteerimistegur.
