Fanwegen de lytse grutte en grutte binne d'r hast gjin besteande noarmen foar printe circuit board foar de groeiende wearable IoT-merk. Foardat dizze noarmen útkamen, moasten wy fertrouwe op 'e kennis en fabrikaazjeûnderfining leard yn ûntwikkeling op bestjoersnivo en tinke oer hoe't se se kinne tapasse op unike opkommende útdagings. D'r binne trije gebieten dy't ús spesjale oandacht fereaskje. Se binne: circuit board oerflak materialen, RF / magnetron design en RF oerdracht linen.
PCB materiaal
"PCB" bestiet oer it generaal út laminaten, dat kin wurde makke fan fiber-fersterke epoksy (FR4), polyimide of Rogers materialen of oare laminaat materialen. It isolearjende materiaal tusken de ferskate lagen wurdt in prepreg neamd.
wearable apparaten fereaskje hege betrouberens, dus doe't PCB ûntwerpers wurde konfrontearre mei de kar fan in gebrûk FR4 (de meast kosten-effektive PCB manufacturing materiaal) of mear avansearre en djoerder materialen, dit sil wurden in probleem.
As draachbere PCB-tapassingen hege snelheid, hege frekwinsje materialen fereaskje, kin FR4 net de bêste kar wêze. De dielectric konstante (Dk) fan FR4 is 4,5, de dielectric konstante fan de mear avansearre Rogers 4003 rige materiaal is 3,55, en de dielectric konstante fan de broer rige Rogers 4350 is 3,66.
"De dielektrike konstante fan in laminaat ferwiist nei de ferhâlding fan 'e kapasiteit as enerzjy tusken in pear diriginten tichtby it laminaat oan' e kapasitânsje of enerzjy tusken it pear diriginten yn fakuüm. By hege frekwinsjes is it bêste om in lyts ferlies te hawwen. Dêrom is Roger 4350 mei in dielektrike konstante fan 3,66 geskikter foar applikaasjes mei hegere frekwinsje as FR4 mei in dielektrike konstante fan 4,5.
Under normale omstannichheden farieart it oantal PCB-lagen foar draachbere apparaten fan 4 oant 8 lagen. It prinsipe fan laach konstruksje is dat as it is in 8-laach PCB, it moat wêze kinne om te foarsjen genôch grûn en macht lagen en sandwich de wiring laach. Op dizze manier kin it rimpeleffekt yn crosstalk op in minimum wurde hâlden en kin elektromagnetyske ynterferinsje (EMI) signifikant fermindere wurde.
Yn it ûntwerpstadium fan 'e circuitboard-yndieling is it yndielingsplan oer it generaal in grutte grûnlaach tichtby de machtferdielingslaach te pleatsen. Dit kin foarmje in hiel lege rimpel effekt, en it systeem lûd kin ek wurde fermindere ta hast nul. Dit is foaral wichtich foar it radiofrekwinsje subsysteem.
Yn ferliking mei Rogers materiaal hat FR4 in hegere dissipaasjefaktor (Df), benammen by hege frekwinsje. Foar hegere prestaasjes FR4-laminaten is de Df-wearde sawat 0,002, wat in folchoarder fan grutte is better as gewoane FR4. Rogers syn stack is lykwols mar 0,001 of minder. As FR4-materiaal wurdt brûkt foar applikaasjes mei hege frekwinsje, sil d'r in signifikant ferskil wêze yn ynfoegjeferlies. Insertion ferlies wurdt definiearre as de macht ferlies fan it sinjaal fan punt A nei punt B by it brûken fan FR4, Rogers of oare materialen.
meitsje problemen
Wearable PCB fereasket strangere impedânsje kontrôle. Dit is in wichtige faktor foar wearable apparaten. Impedânsje-oerienkomst kin skjinner sinjaaltransmission produsearje. Earder wie de standerttolerânsje foar sinjaaldragende spoaren ± 10%. Dizze yndikator is fansels net goed genôch foar hjoeddeiske hege frekwinsje en hege snelheid circuits. De hjoeddeiske eask is ± 7%, en yn guon gefallen sels ± 5% of minder. Dizze parameter en oare fariabelen sille serieus beynfloedzje de fabrikaazje fan dizze wearable PCBs mei benammen strang impedance kontrôle, dêrmei beheine it oantal bedriuwen dat kin produsearje se.
De dielektrike konstante tolerânsje fan it laminaat makke fan Rogers UHF-materialen wurdt oer it generaal bewarre op ± 2%, en guon produkten kinne sels ± 1% berikke. Yn tsjinstelling is de dielektrike konstante tolerânsje fan it FR4-laminaat sa heech as 10%. Dêrom, ferlykje Dizze twa materialen kinne fûn wurde dat Rogers 'ynfoegje ferlies is benammen leech. Yn ferliking mei tradisjonele FR4-materialen binne it oerdrachtferlies en it ynstekkenferlies fan 'e Rogers-stapel heal leger.
Yn 'e measte gefallen is de kosten it wichtichste. Rogers kin lykwols relatyf leech-ferlies hege frekwinsje laminaatprestaasjes leverje op in akseptabel priispunt. Foar kommersjele tapassingen, Rogers kin wurde makke yn in hybride PCB mei epoksy-basearre FR4, guon lagen brûke Rogers materiaal, en oare lagen brûke FR4.
By it kiezen fan in Rogers-stapel is frekwinsje de primêre konsideraasje. As de frekwinsje grutter is as 500MHz, tendearje PCB-ûntwerpers Rogers-materialen te kiezen, benammen foar RF- / magnetron-sirkels, om't dizze materialen hegere prestaasjes kinne leverje as de boppeste spoaren strikt wurde kontroleare troch impedânsje.
Yn ferliking mei FR4 materiaal kin Rogers materiaal ek foarsjen legere dielectric ferlies, en syn dielectric konstante is stabyl yn in breed frekwinsje berik. Dêrneist Rogers materiaal kin soargje foar de ideale lege ynstekken ferlies prestaasjes nedich troch hege frekwinsje operaasje.
De koëffisjint fan termyske útwreiding (CTE) fan Rogers 4000 rige materialen hat poerbêst dimensional stabiliteit. Dit betsjut dat yn fergeliking mei FR4, as de PCB kâlde, hjitte en heul hjitte reflow-soldeersyklusen ûndergiet, kin de termyske útwreiding en krimp fan 'e circuitboard op in stabile limyt bewarre wurde ûnder hegere frekwinsje en hegere temperatuersyklusen.
Yn it gefal fan mingde stacking, it is maklik in gebrûk mienskiplike manufacturing proses technology te mix Rogers en hege-optreden FR4 tegearre, dus it is relatyf maklik te berikken hege manufacturing opbringst. De Rogers-stapel hat gjin spesjale fia tariedingsproses nedich.
Common FR4 kin net berikke hiel betrouber elektryske prestaasjes, mar hege-optreden FR4 materialen hawwe wol goede betrouberens skaaimerken, lykas hegere Tg, noch relatyf lege kosten, en kin brûkt wurde yn in breed skala oan tapassings, fan ienfâldich audio-ûntwerp oan komplekse mikrogolf applikaasjes .
RF / magnetron design ôfwagings
Draachbere technology en Bluetooth hawwe it paad pleatst foar RF / mikrogolfapplikaasjes yn draachbere apparaten. It frekwinsjeberik fan hjoed wurdt mear en mear dynamysk. In pear jier lyn waard heul hege frekwinsje (VHF) definieare as 2GHz ~ 3GHz. Mar no kinne wy applikaasjes mei ultra-hege frekwinsje (UHF) sjen fariearjend fan 10GHz oant 25GHz.
Dêrom fereasket it RF-diel foar de draachbere PCB mear omtinken foar de bedradingsproblemen, en de sinjalen moatte apart wurde skieden, en de spoaren dy't hege frekwinsje-sinjalen generearje moatte fan 'e grûn fuort wurde hâlden. Oare oerwagings omfetsje: it leverjen fan in bypassfilter, adekwate ûntkoppelingskondensatoren, grûning, en it ûntwerpen fan de oerdrachtline en weromline om hast gelyk te wêzen.
Bypassfilter kin it rimpeleffekt fan lûdynhâld en crosstalk ûnderdrukke. Decoupling capacitors moatte wurde pleatst tichter by de apparaat pins drage macht sinjalen.
High-speed transmission linen en sinjaal circuits fereaskje in grûn laach wurde pleatst tusken de macht laach sinjalen foar in glêd de jitter opwekt troch lûd sinjalen. By hegere sinjaalsnelheden sille lytse impedânsje-mismatches unbalansearre oerdracht en ûntfangst fan sinjalen feroarsaakje, wat resulteart yn ferfoarming. Dêrom moat spesjaal omtinken jûn wurde oan it impedânsje-oerienkommende probleem yn ferbân mei it radiofrekwinsjesinjaal, om't it radiofrekwinsjesinjaal in hege snelheid en in spesjale tolerânsje hat.
RF-oerdrachtlinen hawwe kontroleare impedânsje nedich om RF-sinjalen fan in spesifyk IC-substraat nei de PCB te stjoeren. Dizze oerdrachtlinen kinne wurde ymplementearre op 'e bûtenste laach, boppeste laach en ûnderste laach, of kinne wurde ûntwurpen yn' e middelste laach.
De metoaden brûkt tidens PCB RF-ûntwerpyndieling binne mikrostripline, driuwende stripline, coplanar waveguide of grûning. De microstrip line bestiet út in fêste lingte fan metaal of spoaren en de hiele grûn fleanmasine of in part fan de grûn fleantúch direkt ûnder it. De karakteristike impedânsje yn 'e algemiene mikrostriplinestruktuer farieart fan 50Ω oant 75Ω.
Floating stripline is in oare metoade foar bedrading en lûdûnderdrukking. Dizze line bestiet út fêste breedte wiring op de binnenste laach en in grutte grûn fleanmasine boppe en ûnder it sintrum dirigint. De grûn fleantúch is sandwiched tusken de macht fleanmasine, dus it kin soargje foar in hiel effektyf grounding effekt. Dit is de foarkommende metoade foar draachbere PCB RF-sinjaalbedrading.
Coplanar waveguide kin in bettere isolaasje leverje tichtby it RF-sirkwy en it sirkwy dat tichterby moat wurde stjoerd. Dit medium bestiet út in sintrale dirigint en grûn fleantugen oan beide kanten of ûnder. De bêste manier om radiofrekwinsjesinjalen te ferstjoeren is striplinen as koplanêre golflieders op te skorten. Dizze twa metoaden kinne bettere isolaasje leverje tusken it sinjaal en RF-spoaren.
It is oan te rieden om de saneamde "fia fence" oan beide kanten fan 'e coplanar waveguide te brûken. Dizze metoade kin soargje foar in rige fan grûn fias op elke metalen grûn fleanmasine fan it sintrum dirigint. De wichtichste spoar rint yn 'e midden hat hekken oan eltse kant, dus it bieden fan in fluchtoets foar de weromkommende stroom nei de grûn ûnder. Dizze metoade kin it lûdsnivo ferminderje ferbûn mei it hege rimpeleffekt fan it RF-sinjaal. De dielektrike konstante fan 4,5 bliuwt itselde as it FR4-materiaal fan 'e prepreg, wylst de dielektrike konstante fan' e prepreg - fan mikrostrip, stripline of offset stripline - sawat 3,8 oant 3,9 is.
Yn guon apparaten dy't gebrûk meitsje fan in grûn fleantúch, kin bline fias brûkt wurde om te ferbetterjen de decoupling prestaasjes fan de macht capacitor en soargje foar in shunt paad fan it apparaat nei de grûn. De shunt paad nei de grûn kin koarter de lingte fan de fia. Dit kin twa doelen berikke: jo meitsje net allinich in shunt of grûn, mar ferminderje ek de oerdrachtôfstân fan apparaten mei lytse gebieten, wat in wichtige RF-ûntwerpfaktor is.