با توجه به اندازه و اندازه کوچک ، تقریباً هیچ استانداردی از تخته مدار چاپی موجود برای بازار رو به رشد IoT پوشیدنی وجود ندارد. قبل از اینکه این استانداردها به پایان برسد ، ما مجبور شدیم به دانش و تجربه تولید آموخته شده در توسعه سطح هیئت مدیره اعتماد کنیم و در مورد چگونگی استفاده از آنها در چالش های نوظهور بی نظیر فکر کنیم. سه زمینه وجود دارد که نیاز به توجه ویژه ما دارد. آنها عبارتند از: مواد سطح سطح مدار ، طراحی RF/مایکروویو و خطوط انتقال RF.

ماده PCB

"PCB" به طور کلی از لمینت ها تشکیل شده است که ممکن است از اپوکسی تقویت شده با فیبر (FR4) ، مواد پلی آمید یا راجرز یا سایر مواد لمینت ساخته شود. ماده عایق بین لایه های مختلف از پیش فرض نامیده می شود.

دستگاه های پوشیدنی به قابلیت اطمینان بالایی نیاز دارند ، بنابراین وقتی طراحان PCB با انتخاب استفاده از FR4 (مقرون به صرفه ترین مواد تولید PCB) یا مواد پیشرفته تر و گران تر روبرو می شوند ، این مسئله به مشکل می رسد.

اگر برنامه های PCB پوشیدنی به مواد با فرکانس بالا و پر سرعت نیاز داشته باشند ، FR4 ممکن است بهترین انتخاب نباشد. ثابت دی الکتریک (DK) FR4 4.5 ، ثابت دی الکتریک مواد پیشرفته تر راجرز 4003 سری 3.55 و ثابت دی الکتریک سری برادر 4350 سری برادر 3.66 است.

"ثابت دی الکتریک یک لمینت به نسبت خازن یا انرژی بین یک جفت هادی در نزدیکی لمینت به خازن یا انرژی بین جفت هادی ها در خلاء اشاره دارد. در فرکانس های بالا ، بهتر است یک ضرر کوچک داشته باشید. بنابراین ، Roger 4350 با ثابت Dilectric 3.66 از 4.5tection از.

در شرایط عادی ، تعداد لایه های PCB برای دستگاه های پوشیدنی از 4 تا 8 لایه متغیر است. اصل ساخت لایه این است که اگر PCB 8 لایه ای باشد ، باید بتواند لایه های زمین و قدرت کافی و ساندویچ لایه سیم کشی را فراهم کند. به این ترتیب ، می توان اثر موج دار در متقاطع را به حداقل رساند و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.

در مرحله طراحی چیدمان صفحه مدار ، طرح طرح بندی به طور کلی قرار دادن یک لایه بزرگ زمینی نزدیک به لایه توزیع برق است. این می تواند یک اثر موج دار بسیار کم باشد و نویز سیستم نیز می تواند تقریباً به صفر کاهش یابد. این امر به ویژه برای زیر سیستم فرکانس رادیویی بسیار مهم است.

در مقایسه با مواد راجرز ، FR4 از ضریب اتلاف بالاتر (DF) ، به ویژه در فرکانس بالا برخوردار است. برای لمینت های FR4 با عملکرد بالاتر ، مقدار DF در حدود 0.002 است که یک ترتیب از بزرگی بهتر از FR4 معمولی است. با این حال ، پشته راجرز فقط 0.001 یا کمتر است. هنگامی که از مواد FR4 برای برنامه های فرکانس بالا استفاده می شود ، در از دست دادن درج تفاوت معنی داری وجود خواهد داشت. از دست دادن درج به عنوان از دست دادن قدرت سیگنال از نقطه A به نقطه B هنگام استفاده از FR4 ، راجرز یا سایر مواد تعریف می شود.

ایجاد مشکل

PCB پوشیدنی نیاز به کنترل مقاومت سختگیرانه تر دارد. این یک عامل مهم برای دستگاه های پوشیدنی است. تطبیق امپدانس می تواند انتقال سیگنال تمیزتر را ایجاد کند. پیش از این ، تحمل استاندارد برای آثار حامل سیگنال 10 ٪ بود. این شاخص بدیهی است که برای مدارهای با فرکانس بالا و پر سرعت امروز به اندازه کافی مناسب نیست. نیاز فعلی 7 ٪ پوند است و در برخی موارد حتی 5 ٪ یا کمتر. این پارامتر و سایر متغیرها به طور جدی بر تولید این PCB های پوشیدنی با کنترل سختگیرانه سختگیرانه تأثیر می گذارد و از این طریق تعداد مشاغل تولید شده آنها را محدود می کند.

تحمل مداوم دی الکتریک لمینت ساخته شده از مواد راجرز UHF به طور کلی در 2 ± حفظ می شود ، و برخی از محصولات حتی می توانند 1 ٪ به آنها برسند. در مقابل ، تحمل ثابت دی الکتریک لمینت FR4 به اندازه 10 ٪ است. بنابراین ، این دو ماده را می توان مقایسه کرد که از دست دادن درج راجرز به ویژه کم است. در مقایسه با مواد سنتی FR4 ، از دست دادن انتقال و از دست دادن درج پشته راجرز نیمی از پایین است.

در بیشتر موارد ، هزینه مهمترین است. با این حال ، راجرز می تواند عملکرد لمینت با فرکانس بالا نسبتاً کم با ضرر را در یک نقطه قیمت قابل قبول فراهم کند. برای کاربردهای تجاری ، راجرز را می توان به یک PCB ترکیبی با FR4 مبتنی بر اپوکسی تبدیل کرد که برخی از لایه ها از مواد راجرز استفاده می کنند و سایر لایه ها از FR4 استفاده می کنند.

هنگام انتخاب پشته راجرز ، فرکانس مورد توجه اصلی است. هنگامی که فرکانس بیش از 500 مگاهرتز باشد ، طراحان PCB تمایل به انتخاب مواد راجرز ، به ویژه برای مدارهای RF/مایکروویو دارند ، زیرا این مواد می توانند عملکرد بالاتری را فراهم کنند که آثار فوقانی توسط امپدانس کنترل شوند.

در مقایسه با مواد FR4 ، مواد راجرز همچنین می توانند از بین رفتن دی الکتریک پایین تر باشند و ثابت دی الکتریک آن در یک محدوده فرکانس گسترده پایدار است. علاوه بر این ، مواد راجرز می توانند عملکرد از دست دادن کم درج کم ایده آل مورد نیاز با عملکرد فرکانس بالا را فراهم کنند.

ضریب انبساط حرارتی (CTE) مواد سری راجرز 4000 دارای ثبات ابعادی عالی است. این بدان معنی است که در مقایسه با FR4 ، هنگامی که PCB تحت چرخه لحیم کاری خنک کننده سرد ، گرم و بسیار گرم قرار می گیرد ، گسترش حرارتی و انقباض برد مدار را می توان در یک حد پایدار تحت فرکانس بالاتر و چرخه دمای بالاتر حفظ کرد.

در مورد انباشت مخلوط ، استفاده از فناوری فرآیند تولید رایج برای مخلوط کردن راجرز و با کارایی بالا FR4 در کنار هم آسان است ، بنابراین دستیابی به عملکرد تولید بالا نسبتاً آسان است. پشته راجرز از طریق فرآیند آماده سازی نیازی به خاص ندارد.

Common FR4 نمی تواند به عملکرد الکتریکی بسیار قابل اعتماد برسد ، اما مواد FR4 با کارایی بالا از ویژگی های قابلیت اطمینان خوبی برخوردار هستند ، مانند TG بالاتر ، هنوز هم هزینه نسبتاً کم ، و می تواند در طیف گسترده ای از برنامه ها ، از طراحی صوتی ساده گرفته تا برنامه های پیچیده مایکروویو استفاده شود.

ملاحظات طراحی RF/مایکروویو

فناوری قابل حمل و بلوتوث راه را برای برنامه های RF/مایکروویو در دستگاه های پوشیدنی هموار کرده است. دامنه فرکانس امروز بیشتر و پویاتر می شود. چند سال پیش ، فرکانس بسیار بالا (VHF) به عنوان 2 گیگاهرتز 3 گیگاهرتز تعریف شد. اما اکنون می توانیم برنامه های فرکانس فوق العاده بالا (UHF) را از 10 گیگاهرتز تا 25 گیگاهرتز مشاهده کنیم.

بنابراین ، برای PCB پوشیدنی ، قسمت RF نیاز به توجه بیشتر به مشکلات سیم کشی دارد و سیگنال ها باید به طور جداگانه از هم جدا شوند و اثری که سیگنال های با فرکانس بالا ایجاد می کنند باید از زمین دور شوند. سایر ملاحظات عبارتند از: تهیه فیلتر بای پس ، خازن های جداشده کافی ، زمین زدن و طراحی خط انتقال و خط بازگشت تقریباً برابر است.

فیلتر بای پس می تواند اثر موج دار محتوای نویز و متقاطع را سرکوب کند. خازن های جدا شده باید به پین ​​های دستگاه حامل سیگنال های برق نزدیکتر شوند.

خطوط انتقال سریع و مدارهای سیگنال نیاز به یک لایه زمین برای قرار دادن بین سیگنال های لایه برق برای صاف کردن زنگ های تولید شده توسط سیگنال های نویز دارند. در سرعت سیگنال بالاتر ، عدم تطابق امپدانس کوچک باعث انتقال نامتعادل و دریافت سیگنال ها می شود و در نتیجه اعوجاج می شود. بنابراین ، باید توجه ویژه ای به مشکل تطبیق امپدانس مربوط به سیگنال فرکانس رادیو داشته باشد ، زیرا سیگنال فرکانس رادیویی دارای سرعت بالایی و تحمل ویژه ای است.

خطوط انتقال RF برای انتقال سیگنال های RF از یک بستر IC خاص به PCB به امپدانس کنترل شده نیاز دارند. این خطوط انتقال را می توان در لایه بیرونی ، لایه بالا و لایه پایین اجرا کرد یا می تواند در لایه میانی طراحی شود.

روشهای مورد استفاده در طرح طراحی PCB RF عبارتند از: خط ریزگرد ، خط نوار شناور ، موجبر کپلانار یا زمینی. خط ریزگرد از طول ثابت فلزی یا اثری و کل هواپیمای زمینی یا بخشی از هواپیمای زمین به طور مستقیم در زیر آن تشکیل شده است. امپدانس مشخصه در ساختار خط میکرواستریپ عمومی از 50Ω تا 75Ω متغیر است.

Floating Stripline روش دیگری برای سیم کشی و سرکوب سر و صدا است. این خط از سیم کشی با عرض ثابت روی لایه داخلی و یک هواپیمای بزرگ زمین در بالا و زیر هادی مرکز تشکیل شده است. هواپیمای زمینی بین هواپیمای قدرت ساندویچ شده است ، بنابراین می تواند یک اثر زمینی بسیار مؤثر را فراهم کند. این روش ارجح برای سیم کشی سیگنال PCB RF پوشیدنی است.

موجبر Coplanar می تواند انزوا بهتری را در نزدیکی مدار RF و مدار که باید نزدیکتر شود ، فراهم کند. این رسانه از یک هادی مرکزی و هواپیماهای زمینی در هر دو طرف یا پایین تشکیل شده است. بهترین راه برای انتقال سیگنال های فرکانس رادیویی ، تعلیق خطوط نوار یا موجبرهای کپلانار است. این دو روش می توانند انزوای بهتری بین سیگنال و آثار RF فراهم کنند.

توصیه می شود از به اصطلاح "از طریق حصار" در هر دو طرف موجبر Coplanar استفاده کنید. این روش می تواند یک ردیف ویاهای زمینی در هر صفحه زمین فلزی هادی مرکز ارائه دهد. اثری اصلی که در وسط اجرا می شود دارای نرده هایی از هر طرف است ، بنابراین میانبر برای جریان بازگشت به زمین زیر فراهم می کند. این روش می تواند سطح سر و صدای مرتبط با اثر موج دار بالای سیگنال RF را کاهش دهد. ثابت دی الکتریک 4.5 مانند مواد FR4 از پیش فرض باقی می ماند ، در حالی که ثابت دی الکتریک prepreg - از میکرواستریپ ، خط راه راه یا نوار افست - حدود 3.8 تا 3.9 است.

در برخی از دستگاه هایی که از یک هواپیمای زمینی استفاده می کنند ، ممکن است از Vias کور برای بهبود عملکرد جداشده خازن برق استفاده شود و یک مسیر شنت را از دستگاه به زمین فراهم کند. مسیر شنت به زمین می تواند طول ویا را کوتاه کند. این می تواند به دو هدف برسد: شما نه تنها یک شنت یا زمین ایجاد می کنید بلکه فاصله انتقال دستگاه ها را با مناطق کوچک کاهش می دهید ، که این یک عامل مهم طراحی RF است.