A kis méret és méret miatt szinte nincs meglévő nyomtatott áramköri szabvány a növekvő hordható IoT piacra. Mielőtt ezek a szabványok megjelentek, támaszkodnunk kellett az igazgatósági szintű fejlesztés során megtanult ismeretekre és gyártási tapasztalatokra, és arra gondolnunk kellett, hogyan lehet ezeket alkalmazni az egyedi felmerülő kihívásokra. Három olyan területre van szükség, amelyre különös figyelmet kell fordítani. Ezek a következők: áramköri felületi anyagok, RF/mikrohullámú tervezés és RF átviteli vezetékek.

NYÁK -ANYAGOK

A „PCB” általában laminátokból áll, amelyek rost-erősített epoxiból (FR4), poliimidból vagy Rogers anyagokból vagy más laminált anyagokból készülhetnek. A különböző rétegek közötti szigetelő anyagot Prepreg -nek nevezzük.

A hordható eszközök nagy megbízhatóságot igényelnek, tehát amikor a PCB-tervezőknek az FR4 (a legköltséghatékonyabb PCB-gyártási anyag) vagy a fejlettebb és drágább anyagok használatának a választása van, ez problémává válik.

Ha a hordható PCB-alkalmazások nagysebességű, nagyfrekvenciás anyagokat igényelnek, akkor az FR4 nem a legjobb választás. Az FR4 dielektromos állandója (DK) 4,5, a fejlettebb Rogers 4003 sorozatú anyag dielektromos állandója 3,55, a Rogers 4350 testvér sorozat dielektromos állandója pedig 3,66.

„A laminátum dielektromos állandója a kapacitás vagy az energia arányára utal a laminátum közelében lévő vezetők és a vákuumban lévő vezetékek kapacitásának vagy energiájának arányára. Magas frekvenciákon a legjobb, ha egy kis veszteség van. Ezért a Roger 4350, a 3.66 dielektromos állandóval.

Normál körülmények között a hordható eszközök NYÁK -rétegeinek száma 4-8 rétegű. A rétegek felépítésének elve az, hogy ha ez egy 8 rétegű NYÁK, akkor képesnek kell lennie arra, hogy elegendő talaj- és energiafajtát és szendvicset biztosítson a vezetékréteggel. Ilyen módon az áthallásban a fodrozódási hatás minimálisra lehet tartani, és az elektromágneses interferencia (EMI) jelentősen csökkenthető.

Az áramköri lap elrendezésének tervezési szakaszában az elrendezési terv általában egy nagy talajréteg elhelyezése az energiaelosztási réteg közelében. Ez nagyon alacsony hullámzóhatást képezhet, és a rendszerzaj szintén majdnem nullára csökkenthető. Ez különösen fontos a rádiófrekvenciás alrendszer számára.

A Rogers anyagával összehasonlítva az FR4 magasabb eloszlású tényezővel (DF), különösen magas frekvencián. A magasabb teljesítményű FR4 laminátumok esetében a DF érték körülbelül 0,002, ami nagyságrenddel jobb, mint a szokásos FR4. Rogers verem azonban csak 0,001 vagy annál kevesebb. Ha az FR4 anyagot nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz használják, szignifikáns különbség lesz a beillesztési veszteségben. A beillesztési veszteséget úgy definiálják, hogy a jel teljesítményvesztesége az A ponttól a B pontig FR4, Rogers vagy más anyagok használatakor.

Hozzon létre problémákat

A hordható PCB szigorúbb impedancia -ellenőrzést igényel. Ez a hordható eszközök fontos tényezője. Az impedancia -illesztés tisztább jelátvitelt eredményezhet. Korábban a jel -hordozó nyomok standard toleranciája ± 10%volt. Ez a mutató nyilvánvalóan nem elég jó a mai magas frekvenciájú és nagysebességű áramkörökhöz. A jelenlegi követelmény ± 7%, és bizonyos esetekben akár ± 5% -ot is. Ez a paraméter és más változók súlyosan befolyásolják ezen hordható PCB -k gyártását, különösen szigorú impedancia -szabályozással, ezáltal korlátozva a gyártható vállalkozások számát.

A Rogers UHF anyagokból készült laminátum dielektromos állandó toleranciáját általában ± 2%-on tartják fenn, és egyes termékek akár ± 1%-ot is elérhetnek. Ezzel szemben az FR4 laminátum dielektromos állandó toleranciája akár 10%. Ezért hasonlítsa össze ezt a két anyagot, hogy a Rogers beillesztési vesztesége különösen alacsony. A hagyományos FR4 anyagokkal összehasonlítva a Rogers -verem átviteli vesztesége és beillesztési vesztesége félig alacsonyabb.

A legtöbb esetben a költség a legfontosabb. A Rogers azonban elfogadható áron viszonylag alacsony veszteségű, magas frekvenciájú laminált teljesítményt nyújthat. Kereskedelmi alkalmazásokhoz a Rogers hibrid PCB-ként készíthető, epoxi-alapú FR4-vel, amelynek néhány rétege Rogers anyagot használ, más rétegek pedig FR4-et használnak.

A Rogers -verem kiválasztásakor a frekvencia az elsődleges szempont. Ha a frekvencia meghaladja az 500MHz -t, a PCB -tervezők hajlamosak a Rogers anyagokat választani, különösen az RF/mikrohullámú áramköröknél, mivel ezek az anyagok nagyobb teljesítményt nyújthatnak, ha a felső nyomokat szigorúan az impedancia szabályozza.

Az FR4 anyaggal összehasonlítva a Rogers anyag alacsonyabb dielektromos veszteséget is biztosíthat, és dielektromos állandója széles frekvenciatartományban stabil. Ezenkívül a Rogers anyag biztosíthatja az ideális alacsony beillesztési veszteségteljesítményt, amelyet a nagyfrekvenciás működtetés megkövetel.

A Rogers 4000 sorozatú anyagok hőtágulási együtthatója (CTE) kiváló dimenziós stabilitást mutat. Ez azt jelenti, hogy az FR4 -hez viszonyítva, amikor a PCB hideg, forró és nagyon forró forrasztási ciklusokon megy keresztül, az áramköri lap termikus tágulása és összehúzódása stabil határon tartható magasabb frekvenciájú és magasabb hőmérsékleti ciklusok mellett.

Vegyes rakás esetén könnyen használható a közös gyártási folyamat technológiája a Rogers és a nagy teljesítményű FR4 összekeverésére, tehát viszonylag könnyű elérni a magas gyártási hozamot. A Rogers -verem nem igényel különleges előkészítési folyamaton keresztül.

A közönséges FR4 nem tud elérni a nagyon megbízható elektromos teljesítményt, de a nagy teljesítményű FR4 anyagok jó megbízhatósági jellemzőkkel rendelkeznek, például a magasabb TG, még mindig viszonylag alacsony költségek, és széles körben használhatók, az egyszerű audio-tervezéstől a komplex mikrohullámú alkalmazásokig.

RF/mikrohullámú tervezési szempontok

A hordozható technológia és a Bluetooth előkészítette az utat az RF/mikrohullámú alkalmazásokhoz hordható eszközökben. A mai frekvenciatartomány egyre dinamikusabbá válik. Néhány évvel ezelőtt a nagyon magas frekvenciát (VHF) 2 GHz -es ~ 3 GHz -re határozták meg. De most már láthatjuk az ultra-magas frekvenciájú (UHF) alkalmazásokat 10 GHz-től 25 GHz-ig.

Ezért a hordható PCB esetében az RF alkatrész nagyobb figyelmet igényel a kábelezési problémákra, és a jeleket külön kell elválasztani, és a nagyfrekvenciás jeleket generáló nyomokat a földtől távol kell tartani. Egyéb megfontolások a következők: egy bypass szűrő, megfelelő leválasztó kondenzátorok biztosítása, földelés, valamint az átviteli vonal és a visszatérő vonal megtervezése szinte egyenlő.

A bypass szűrő elnyomhatja a zajtartalom és az áthallás fodrozódási hatását. A leválasztó kondenzátorokat közelebb kell helyezni az erőjeleket hordozó eszközcsapokhoz.

A nagysebességű átviteli vezetékek és a jeláramok számára a talajréteg elhelyezésére van szükség az energiaréteg jelei között, hogy simítsa a zajjelek által generált jitter-t. Nagyobb jelsebességnél a kis impedancia -eltérések kiegyensúlyozatlan átvitelt és jelek fogadását okozják, ami torzulást eredményez. Ezért különös figyelmet kell fordítani a rádiófrekvenciás jelhez kapcsolódó impedancia -illesztési problémára, mivel a rádiófrekvenciás jel nagy sebességgel és különleges toleranciával rendelkezik.

Az RF átviteli vezetékek ellenőrzött impedanciát igényelnek az RF jelek továbbításához egy adott IC szubsztrátról a PCB -re. Ezeket az átviteli vezetékeket a külső rétegen, a felső rétegen és az alsó rétegen lehet megvalósítani, vagy a középső rétegben megtervezhető.

A PCB RF tervezési elrendezése során alkalmazott módszerek a MicroStrip Line, a lebegő szalagvonal, a Coplanar hullámvezető vagy a földelés. A mikroszalag -vonal rögzített fémhosszból vagy nyomokból áll, és az egész alapvető síkból vagy az alapsík egy részéből közvetlenül alatta áll. Az általános mikroszalag -vonal szerkezetének jellegzetes impedanciája 50 ω és 75Ω között van.

A lebegő szalagvonal a vezetékek és a zajcsökkentés egy másik módszere. Ez a vonal rögzített szélességű vezetékekből áll a belső rétegen, és egy nagy alapsíkból áll a középső vezető felett és alatt. Az alapsíkot az erősík közé sorolják, így nagyon hatékony földelési hatást eredményezhet. Ez az előnyben részesített módszer a hordható PCB RF jelvezetékekhez.

A Coplanar hullámvezető jobb elszigeteltséget biztosíthat az RF áramkör közelében, és az áramkör közelében kell vezetni. Ez a közeg egy központi karmesterből és földi síkokból áll, mindkét oldalán vagy alul. A rádiófrekvenciás jelek továbbításának legjobb módja a szalagvonalak vagy a Coplanar hullámvezetők felfüggesztése. Ez a két módszer jobb elszigeteltséget biztosíthat a jel és az RF nyomok között.

Javasoljuk, hogy az úgynevezett „kerítés” használja a Coplanar hullámvezető mindkét oldalán. Ez a módszer egy sor földi vias -sorot biztosíthat a középvezető minden fém alapsíkján. A közepén futó fő nyomon mindkét oldalon kerítések vannak, ezáltal parancsikont biztosítva a visszatérő áramhoz az alábbi földre. Ez a módszer csökkentheti az RF jel nagy fodrozódási hatásaihoz kapcsolódó zajszintet. A 4,5 dielektromos állandó ugyanaz marad, mint a PrePreg FR4 anyag, míg a PrePreg dielektromos állandója - a mikroszalagból, a szalagvonalból vagy az eltolás szalagvonalából - körülbelül 3,8-3,9.

Egyes olyan eszközökben, amelyek alapsíkot használnak, a vak VIA -k felhasználhatók a teljesítménykondenzátor elválasztási teljesítményének javítására, és az eszközről a földre történő shunt elérési utat biztosíthatják. A föld felé vezető sönt út lerövidítheti a Via hosszát. Ez két célt érhet el: nemcsak söntet vagy talajt hoz létre, hanem csökkenti a kis területekkel rendelkező eszközök átviteli távolságát is, ami fontos RF tervezési tényező.