छोटे आकार और आकार के कारण, बढ़ते पहनने योग्य IoT बाजार के लिए लगभग कोई मौजूदा मुद्रित सर्किट बोर्ड मानक नहीं हैं। इन मानकों के सामने आने से पहले, हमें बोर्ड-स्तर के विकास में सीखे गए ज्ञान और विनिर्माण अनुभव पर भरोसा करना था और इस बारे में सोचना था कि उन्हें अद्वितीय उभरती चुनौतियों पर कैसे लागू किया जाए। तीन क्षेत्र हैं जिनके लिए हमारे विशेष ध्यान की आवश्यकता है। वे हैं: सर्किट बोर्ड सतह सामग्री, आरएफ/माइक्रोवेव डिजाइन और आरएफ ट्रांसमिशन लाइनें।

पीसीबी सामग्री

"पीसीबी" में आम तौर पर टुकड़े टुकड़े होते हैं, जो फाइबर-प्रबलित एपॉक्सी (एफआर 4), पॉलीमाइड या रोजर्स सामग्री या अन्य टुकड़े टुकड़े सामग्री से बना हो सकता है। अलग -अलग परतों के बीच इन्सुलेट सामग्री को प्रीप्रग कहा जाता है।

पहनने योग्य उपकरणों को उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है, इसलिए जब पीसीबी डिजाइनरों को FR4 (सबसे अधिक लागत प्रभावी पीसीबी विनिर्माण सामग्री) या अधिक उन्नत और अधिक महंगी सामग्री का उपयोग करने की पसंद का सामना करना पड़ता है, तो यह एक समस्या बन जाएगी।

यदि पहनने योग्य पीसीबी अनुप्रयोगों को उच्च गति, उच्च-आवृत्ति सामग्री की आवश्यकता होती है, तो FR4 सबसे अच्छा विकल्प नहीं हो सकता है। FR4 का ढांकता हुआ स्थिरांक (DK) 4.5 है, अधिक उन्नत रोजर्स 4003 श्रृंखला सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक 3.55 है, और भाई श्रृंखला रोजर्स 4350 का ढांकता हुआ निरंतर 3.66 है।

"एक टुकड़े टुकड़े का ढांकता हुआ स्थिरांक वैक्यूम में कंडक्टरों की जोड़ी के बीच समाई या ऊर्जा के लिए टुकड़े टुकड़े के पास कंडक्टरों की एक जोड़ी के बीच कैपेसिटेंस या ऊर्जा के अनुपात को संदर्भित करता है। उच्च आवृत्तियों पर, यह एक छोटा नुकसान होना सबसे अच्छा है। इसलिए, रोजर 4350 के साथ 4.66 के ढांचे स्थिरीकरणों के लिए अधिक उपयुक्त है।

सामान्य परिस्थितियों में, पहनने योग्य उपकरणों के लिए पीसीबी परतों की संख्या 4 से 8 परतों तक होती है। परत निर्माण का सिद्धांत यह है कि यदि यह एक 8-परत पीसीबी है, तो यह पर्याप्त जमीन और बिजली की परतें प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए और वायरिंग परत को सैंडविच करना चाहिए। इस तरह, क्रॉसस्टॉक में लहर प्रभाव को न्यूनतम और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) में रखा जा सकता है।

सर्किट बोर्ड लेआउट डिजाइन चरण में, लेआउट योजना आम तौर पर बिजली वितरण परत के करीब एक बड़ी जमीन परत रखने के लिए होती है। यह बहुत कम लहर प्रभाव बना सकता है, और सिस्टम शोर को भी लगभग शून्य तक कम किया जा सकता है। यह रेडियो फ्रीक्वेंसी सबसिस्टम के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

रोजर्स सामग्री की तुलना में, FR4 में एक उच्च अपव्यय कारक (DF) है, विशेष रूप से उच्च आवृत्ति पर। उच्च प्रदर्शन FR4 लैमिनेट्स के लिए, DF मान लगभग 0.002 है, जो कि साधारण FR4 की तुलना में बेहतर परिमाण का एक क्रम है। हालांकि, रोजर्स का स्टैक केवल 0.001 या उससे कम है। जब FR4 सामग्री का उपयोग उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, तो सम्मिलन हानि में एक महत्वपूर्ण अंतर होगा। INSERTION LOSS को FR4, रोजर्स या अन्य सामग्रियों का उपयोग करते समय पॉइंट A से प्वाइंट B तक सिग्नल के पावर लॉस के रूप में परिभाषित किया गया है।

समस्याएं पैदा करें

पहनने योग्य पीसीबी को सख्त प्रतिबाधा नियंत्रण की आवश्यकता होती है। यह पहनने योग्य उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। प्रतिबाधा मिलान क्लीनर सिग्नल ट्रांसमिशन का उत्पादन कर सकता है। इससे पहले, सिग्नल ले जाने वाले निशान के लिए मानक सहिष्णुता। 10%थी। यह संकेतक स्पष्ट रूप से आज के उच्च-आवृत्ति और उच्च गति वाले सर्किट के लिए पर्याप्त नहीं है। वर्तमान आवश्यकता ± 7% है, और कुछ मामलों में भी ± 5% या उससे कम है। यह पैरामीटर और अन्य चर विशेष रूप से सख्त प्रतिबाधा नियंत्रण के साथ इन पहनने योग्य पीसीबी के निर्माण को गंभीरता से प्रभावित करेंगे, जिससे उन व्यवसायों की संख्या को सीमित किया जा सकता है जो उनका निर्माण कर सकते हैं।

रोजर्स यूएचएफ सामग्री से बने टुकड़े टुकड़े की ढांकता हुआ निरंतर सहिष्णुता आमतौर पर%2%पर बनाए रखी जाती है, और कुछ उत्पाद भी ± 1%तक पहुंच सकते हैं। इसके विपरीत, FR4 टुकड़े टुकड़े की ढांकता हुआ निरंतर सहिष्णुता 10%के रूप में अधिक है। इसलिए, इन दो सामग्रियों की तुलना पाई जा सकती है कि रोजर्स का सम्मिलन हानि विशेष रूप से कम है। पारंपरिक FR4 सामग्रियों की तुलना में, रोजर्स स्टैक के ट्रांसमिशन लॉस और सम्मिलन हानि आधी कम हैं।

ज्यादातर मामलों में, लागत सबसे महत्वपूर्ण है। हालांकि, रोजर्स एक स्वीकार्य मूल्य बिंदु पर अपेक्षाकृत कम-हानि उच्च आवृत्ति वाले टुकड़े टुकड़े प्रदर्शन प्रदान कर सकते हैं। वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए, रोजर्स को एपॉक्सी-आधारित FR4 के साथ एक हाइब्रिड पीसीबी में बनाया जा सकता है, जिनमें से कुछ परतें रोजर्स सामग्री का उपयोग करती हैं, और अन्य परतें FR4 का उपयोग करती हैं।

रोजर्स स्टैक का चयन करते समय, आवृत्ति प्राथमिक विचार है। जब आवृत्ति 500MHz से अधिक हो जाती है, तो पीसीबी डिजाइनर रोजर्स सामग्री का चयन करते हैं, विशेष रूप से आरएफ/माइक्रोवेव सर्किट के लिए, क्योंकि ये सामग्री उच्च प्रदर्शन प्रदान कर सकती है जब ऊपरी निशान प्रतिबाधा द्वारा सख्ती से नियंत्रित होते हैं।

FR4 सामग्री की तुलना में, रोजर्स सामग्री भी कम ढांकता हुआ नुकसान प्रदान कर सकती है, और इसका ढांकता हुआ स्थिरांक एक विस्तृत आवृत्ति रेंज में स्थिर है। इसके अलावा, रोजर्स सामग्री उच्च आवृत्ति संचालन द्वारा आवश्यक आदर्श कम सम्मिलन हानि प्रदर्शन प्रदान कर सकती है।

रोजर्स 4000 श्रृंखला सामग्री के थर्मल विस्तार (CTE) के गुणांक में उत्कृष्ट आयामी स्थिरता है। इसका मतलब यह है कि FR4 के साथ तुलना में, जब PCB ठंड, गर्म और बहुत गर्म रिफ्लो टांका लगाने वाले चक्रों से गुजरता है, तो सर्किट बोर्ड के थर्मल विस्तार और संकुचन को उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान चक्रों के तहत एक स्थिर सीमा पर बनाए रखा जा सकता है।

मिश्रित स्टैकिंग के मामले में, रोजर्स और उच्च-प्रदर्शन FR4 को एक साथ मिलाने के लिए सामान्य विनिर्माण प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करना आसान है, इसलिए उच्च विनिर्माण उपज प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है। रोजर्स स्टैक को तैयारी प्रक्रिया के माध्यम से एक विशेष की आवश्यकता नहीं होती है।

सामान्य FR4 बहुत विश्वसनीय विद्युत प्रदर्शन प्राप्त नहीं कर सकता है, लेकिन उच्च-प्रदर्शन FR4 सामग्री में अच्छी विश्वसनीयता विशेषताएं हैं, जैसे कि उच्च टीजी, अभी भी अपेक्षाकृत कम लागत, और अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग किया जा सकता है, सरल ऑडियो डिज़ाइन से लेकर जटिल माइक्रोवेव अनुप्रयोगों तक।

आरएफ/माइक्रोवेव डिजाइन विचार

पोर्टेबल तकनीक और ब्लूटूथ ने पहनने योग्य उपकरणों में आरएफ/माइक्रोवेव अनुप्रयोगों के लिए मार्ग प्रशस्त किया है। आज की आवृत्ति रेंज अधिक से अधिक गतिशील होती जा रही है। कुछ साल पहले, बहुत उच्च आवृत्ति (VHF) को 2GHz ~ 3GHz के रूप में परिभाषित किया गया था। लेकिन अब हम अल्ट्रा-हाई फ़्रीक्वेंसी (UHF) एप्लिकेशन 10GHz से 25GHz तक देख सकते हैं।

इसलिए, पहनने योग्य पीसीबी के लिए, आरएफ भाग को वायरिंग मुद्दों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता होती है, और संकेतों को अलग से अलग किया जाना चाहिए, और उच्च-आवृत्ति संकेतों को उत्पन्न करने वाले निशान को जमीन से दूर रखा जाना चाहिए। अन्य विचारों में शामिल हैं: एक बाईपास फ़िल्टर प्रदान करना, पर्याप्त डिकॉउलिंग कैपेसिटर, ग्राउंडिंग, और ट्रांसमिशन लाइन को डिजाइन करना और रिटर्न लाइन को लगभग बराबर होना चाहिए।

बाईपास फ़िल्टर शोर सामग्री और क्रॉसस्टॉक के लहर प्रभाव को दबा सकता है। डिकॉउलिंग कैपेसिटर को पावर सिग्नल ले जाने वाले डिवाइस पिन के करीब रखने की आवश्यकता है।

हाई-स्पीड ट्रांसमिशन लाइन्स और सिग्नल सर्किट को शोर संकेतों द्वारा उत्पन्न घबराए को चिकना करने के लिए पावर लेयर सिग्नल के बीच एक ग्राउंड लेयर की आवश्यकता होती है। उच्च सिग्नल की गति पर, छोटे प्रतिबाधा बेमेल असंतुलित संचरण और संकेतों के स्वागत का कारण होगा, जिसके परिणामस्वरूप विरूपण होगा। इसलिए, रेडियो आवृत्ति सिग्नल से संबंधित प्रतिबाधा मिलान समस्या पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए, क्योंकि रेडियो आवृत्ति सिग्नल में एक उच्च गति और एक विशेष सहिष्णुता है।

आरएफ ट्रांसमिशन लाइनों को एक विशिष्ट आईसी सब्सट्रेट से पीसीबी तक आरएफ सिग्नल को प्रसारित करने के लिए नियंत्रित प्रतिबाधा की आवश्यकता होती है। इन ट्रांसमिशन लाइनों को बाहरी परत, शीर्ष परत और नीचे की परत पर लागू किया जा सकता है, या मध्य परत में डिज़ाइन किया जा सकता है।

पीसीबी आरएफ डिज़ाइन लेआउट के दौरान उपयोग किए जाने वाले तरीके माइक्रोस्ट्रिप लाइन, फ्लोटिंग स्ट्रिप लाइन, कोपलानर वेवगाइड या ग्राउंडिंग हैं। माइक्रोस्ट्रिप लाइन में धातु या निशान की एक निश्चित लंबाई और पूरे ग्राउंड प्लेन या सीधे नीचे जमीन विमान का हिस्सा होता है। सामान्य माइक्रोस्ट्रिप लाइन संरचना में विशेषता प्रतिबाधा 50 and से 75। तक होती है।

फ्लोटिंग स्ट्रिपलाइन वायरिंग और शोर दमन का एक और तरीका है। इस लाइन में आंतरिक परत पर फिक्स्ड-चौड़ाई वायरिंग और केंद्र कंडक्टर के ऊपर और नीचे एक बड़ा ग्राउंड प्लेन होता है। ग्राउंड प्लेन को पावर प्लेन के बीच सैंडविच किया जाता है, इसलिए यह एक बहुत प्रभावी ग्राउंडिंग प्रभाव प्रदान कर सकता है। यह पहनने योग्य पीसीबी आरएफ सिग्नल वायरिंग के लिए पसंदीदा तरीका है।

Coplanar WaveGuide RF सर्किट और सर्किट के पास बेहतर अलगाव प्रदान कर सकता है जिसे करीब से रूट करने की आवश्यकता है। इस माध्यम में एक केंद्रीय कंडक्टर और दोनों तरफ या नीचे जमीन विमान होते हैं। रेडियो आवृत्ति संकेतों को प्रसारित करने का सबसे अच्छा तरीका स्ट्रिप लाइनों या कोपलानर वेवगाइड्स को निलंबित करना है। ये दो तरीके सिग्नल और आरएफ निशान के बीच बेहतर अलगाव प्रदान कर सकते हैं।

कोपलानर वेवगाइड के दोनों किनारों पर तथाकथित "वाया बाड़" का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। यह विधि केंद्र कंडक्टर के प्रत्येक धातु ग्राउंड प्लेन पर ग्राउंड वीस की एक पंक्ति प्रदान कर सकती है। बीच में चलने वाले मुख्य ट्रेस में प्रत्येक तरफ बाड़ हैं, इस प्रकार नीचे की जमीन पर रिटर्न करंट के लिए एक शॉर्टकट प्रदान करता है। यह विधि आरएफ सिग्नल के उच्च रिपल प्रभाव से जुड़े शोर स्तर को कम कर सकती है। 4.5 का ढांकता हुआ स्थिरांक Prepreg की FR4 सामग्री के समान रहता है, जबकि Prepreg का ढांकता हुआ स्थिरांक- माइक्रोस्ट्रिप, स्ट्रिपलाइन या ऑफसेट स्ट्रिपलाइन से लगभग 3.8 से 3.9 है।

कुछ उपकरणों में जो एक ग्राउंड प्लेन का उपयोग करते हैं, ब्लाइंड वीस का उपयोग पावर कैपेसिटर के डिकॉउलिंग प्रदर्शन में सुधार करने और डिवाइस से जमीन तक एक शंट पथ प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। जमीन के लिए शंट पथ वाया की लंबाई को छोटा कर सकता है। यह दो उद्देश्यों को प्राप्त कर सकता है: आप न केवल एक शंट या जमीन बनाते हैं, बल्कि छोटे क्षेत्रों के साथ उपकरणों के संचरण दूरी को भी कम करते हैं, जो एक महत्वपूर्ण आरएफ डिजाइन कारक है।