Փոքր չափերի և չափերի պատճառով գրեթե գոյություն չունեն տպագիր տպատախտակների ստանդարտներ աճող կրելի IoT շուկայի համար: Նախքան այս ստանդարտների հայտնվելը, մենք պետք է ապավինեինք գիտելիքին և արտադրական փորձին, որը ձեռք է բերվել խորհրդի մակարդակով մշակման ժամանակ և մտածել, թե ինչպես դրանք կիրառել եզակի առաջացող մարտահրավերներին: Կան երեք ոլորտներ, որոնք պահանջում են մեր հատուկ ուշադրությունը. Դրանք են՝ տպատախտակի մակերևույթի նյութերը, ՌԴ/միկրոալիքային վառարանային դիզայնը և ռադիոհաղորդման գծերը:

PCB նյութ

«PCB»-ն, ընդհանուր առմամբ, բաղկացած է լամինատներից, որոնք կարող են պատրաստված լինել մանրաթելերով ամրացված էպոքսիդից (FR4), պոլիիմիդից կամ Rogers-ից կամ այլ լամինատային նյութերից: Տարբեր շերտերի միջև մեկուսիչ նյութը կոչվում է նախածանց:

կրելի սարքերը պահանջում են բարձր հուսալիություն, այնպես որ, երբ PCB դիզայներները բախվում են FR4-ի (առավել ծախսարդյունավետ PCB-ի արտադրության նյութ) կամ ավելի առաջադեմ և թանկարժեք նյութերի օգտագործման ընտրությանը, դա խնդիր կդառնա:

Եթե ​​կրելի PCB հավելվածները պահանջում են բարձր արագությամբ, բարձր հաճախականությամբ նյութեր, FR4-ը չի կարող լավագույն ընտրությունը լինել: FR4-ի դիէլեկտրական հաստատունը (Dk) 4,5 է, ավելի առաջադեմ Rogers 4003 սերիայի նյութի դիէլեկտրական հաստատունը 3,55 է, իսկ եղբայր շարքի Rogers 4350 դիէլեկտրական հաստատունը 3,66 է։

«Լամինատե դիէլեկտրական հաստատունը վերաբերում է լամինատի մոտ գտնվող զույգ հաղորդիչների միջև հզորության կամ էներգիայի հարաբերությանը վակուումում գտնվող զույգ հաղորդիչների միջև եղած հզորությանը կամ էներգիային: Բարձր հաճախականությունների դեպքում ավելի լավ է փոքր կորուստ ունենալ: Հետևաբար, 3,66 դիէլեկտրական հաստատունով Roger 4350-ն ավելի հարմար է ավելի բարձր հաճախականության կիրառման համար, քան FR4-ը՝ 4,5 դիէլեկտրական հաստատունով:

Նորմալ պայմաններում, կրելի սարքերի համար PCB շերտերի քանակը տատանվում է 4-ից 8 շերտ: Շերտերի կառուցման սկզբունքն այն է, որ եթե դա 8-շերտ PCB է, ապա այն պետք է կարողանա ապահովել բավականաչափ հողային և ուժային շերտեր և սենդվիչ դնել լարերի շերտը: Այսպիսով, ալիքների էֆեկտը կարող է նվազագույնի հասցնել և էլեկտրամագնիսական միջամտությունը (EMI) կարող է զգալիորեն կրճատվել:

Շրջանառության տախտակի դասավորության նախագծման փուլում դասավորության պլանը հիմնականում կայանում է նրանում, որ մեծ գետնի շերտը տեղադրվի էլեկտրաէներգիայի բաշխման շերտին մոտ: Սա կարող է ձևավորել շատ ցածր ալիքային էֆեկտ, և համակարգի աղմուկը կարող է նաև կրճատվել գրեթե զրոյի: Սա հատկապես կարևոր է ռադիոհաճախականության ենթահամակարգի համար:

Ռոջերսի նյութի համեմատ, FR4-ն ունի ավելի բարձր ցրման գործակից (Df), հատկապես բարձր հաճախականությամբ: Ավելի բարձր արդյունավետությամբ FR4 լամինատների համար Df-ի արժեքը մոտ 0,002 է, ինչը մեծության կարգով ավելի լավ է, քան սովորական FR4-ը: Այնուամենայնիվ, Ռոջերսի ստեկը կազմում է ընդամենը 0,001 կամ ավելի քիչ: Երբ FR4 նյութը օգտագործվում է բարձր հաճախականության կիրառման համար, զգալի տարբերություն կլինի ներդրման կորստի մեջ: Տեղադրման կորուստը սահմանվում է որպես ազդանշանի հզորության կորուստ A կետից B կետ FR4, Rogers կամ այլ նյութեր օգտագործելիս:

խնդիրներ ստեղծել

Հագվող PCB-ն պահանջում է ավելի խիստ դիմադրության հսկողություն: Սա կարևոր գործոն է կրելի սարքերի համար: Դիմադրության համընկնումը կարող է ապահովել ավելի մաքուր ազդանշանի փոխանցում: Ավելի վաղ ազդանշան կրող հետքերի ստանդարտ հանդուրժողականությունը ±10% էր: Այս ցուցանիշն ակնհայտորեն բավարար չէ այսօրվա բարձր հաճախականության և արագընթաց սխեմաների համար: Ներկայիս պահանջը կազմում է ±7%, իսկ որոշ դեպքերում նույնիսկ ±5% կամ ավելի քիչ: Այս պարամետրը և այլ փոփոխականները լրջորեն կազդեն այս կրելի PCB-ների արտադրության վրա՝ հատկապես խիստ դիմադրողականության հսկողությամբ, դրանով իսկ սահմանափակելով այն ձեռնարկությունների թիվը, որոնք կարող են դրանք արտադրել:

Rogers UHF նյութերից պատրաստված լամինատի դիէլեկտրական հաստատուն հանդուրժողականությունը սովորաբար պահպանվում է ±2%, իսկ որոշ ապրանքներ կարող են նույնիսկ հասնել ±1%: Ի հակադրություն, FR4 լամինատի դիէլեկտրական հաստատուն հանդուրժողականությունը հասնում է 10%-ի: Հետևաբար, համեմատեք այս երկու նյութերը, կարելի է պարզել, որ Ռոջերսի ներդրման կորուստը հատկապես ցածր է: Համեմատած ավանդական FR4 նյութերի հետ, փոխանցման կորուստը և Rogers կույտի ներդիրի կորուստը կիսով չափ ցածր են:

Շատ դեպքերում արժեքը ամենակարևորն է: Այնուամենայնիվ, Rogers-ը կարող է ապահովել համեմատաբար ցածր կորստի բարձր հաճախականությամբ լամինատե կատարում ընդունելի գնով: Առևտրային կիրառությունների համար Rogers-ը կարող է վերածվել հիբրիդային PCB-ի՝ էպոքսիդային հիմքով FR4-ով, որի որոշ շերտերում օգտագործվում են Rogers նյութը, իսկ մյուս շերտերը՝ FR4:

Rogers stack ընտրելիս հաճախականությունը առաջնային ուշադրություն է դարձնում: Երբ հաճախականությունը գերազանցում է 500 ՄՀց-ը, PCB դիզայներները հակված են ընտրել Rogers-ի նյութերը, հատկապես ՌԴ/միկրոալիքային սխեմաների համար, քանի որ այդ նյութերը կարող են ավելի բարձր արդյունավետություն ապահովել, երբ վերին հետքերը խստորեն վերահսկվում են դիմադրողականությամբ:

Համեմատած FR4 նյութի հետ՝ Ռոջերսի նյութը կարող է նաև ապահովել ավելի ցածր դիէլեկտրական կորուստ, և դրա դիէլեկտրական հաստատունը կայուն է հաճախականության լայն տիրույթում: Բացի այդ, Rogers-ի նյութը կարող է ապահովել ցածր ներդիրի կորստի կատարողականը, որը պահանջվում է բարձր հաճախականությամբ շահագործման համար:

Rogers 4000 սերիայի նյութերի ջերմային ընդարձակման գործակիցը (CTE) ունի գերազանց ծավալային կայունություն: Սա նշանակում է, որ համեմատած FR4-ի հետ, երբ PCB-ն ենթարկվում է ցուրտ, տաք և շատ տաք զոդման ցիկլերի, տպատախտակի ջերմային ընդարձակումը և կծկումը կարող են պահպանվել կայուն սահմաններում ավելի բարձր հաճախականության և ավելի բարձր ջերմաստիճանի ցիկլերի դեպքում:

Խառը կուտակման դեպքում հեշտ է օգտագործել ընդհանուր արտադրական գործընթացի տեխնոլոգիան՝ Rogers-ը և բարձր արդյունավետությամբ FR4-ը միասին խառնելու համար, ուստի համեմատաբար հեշտ է հասնել բարձր արտադրական եկամտաբերության: Rogers stack-ը չի պահանջում հատուկ պատրաստման գործընթաց:

Սովորական FR4-ը չի կարող հասնել շատ հուսալի էլեկտրական աշխատանքի, բայց բարձր արդյունավետության FR4 նյութերն ունեն լավ հուսալիության բնութագրեր, ինչպիսիք են բարձր Tg-ը, դեռևս համեմատաբար ցածր արժեքը և կարող են օգտագործվել կիրառությունների լայն շրջանակում՝ պարզ աուդիո դիզայնից մինչև բարդ միկրոալիքային ծրագրեր: .

ՌԴ/Միկրոալիքային վառարանի նախագծման նկատառումներ

Դյուրակիր տեխնոլոգիան և Bluetooth-ը ճանապարհ են հարթել կրելի սարքերում ՌԴ/միկրոալիքային վառարանների կիրառման համար: Այսօրվա հաճախականությունների տիրույթը գնալով ավելի դինամիկ է դառնում: Մի քանի տարի առաջ շատ բարձր հաճախականությունը (VHF) սահմանվեց որպես 2GHz~3GHz: Բայց հիմա մենք կարող ենք տեսնել գերբարձր հաճախականությամբ (UHF) հավելվածներ՝ 10 ԳՀց-ից մինչև 25 ԳՀց:

Հետևաբար, կրելի PCB-ի համար ՌԴ հատվածը պահանջում է ավելի մեծ ուշադրություն լարերի հետ կապված խնդիրների նկատմամբ, և ազդանշանները պետք է առանձնացվեն առանձին, իսկ բարձր հաճախականության ազդանշաններ առաջացնող հետքերը պետք է հեռու պահվեն գետնից: Այլ նկատառումներ ներառում են.

Շրջանցման ֆիլտրը կարող է ճնշել աղմուկի պարունակության և խոսակցությունների ալիքային ազդեցությունը: Անջատող կոնդենսատորները պետք է ավելի մոտ տեղադրվեն հոսանքի ազդանշաններ կրող սարքի միններին:

Բարձր արագությամբ հաղորդման գծերը և ազդանշանային սխեմաները պահանջում են հողային շերտ տեղադրել ուժային շերտի ազդանշանների միջև՝ աղմուկի ազդանշաններից առաջացած ցնցումը հարթելու համար: Ազդանշանի ավելի բարձր արագության դեպքում փոքր դիմադրության անհամապատասխանությունները կհանգեցնեն ազդանշանների անհավասարակշռության փոխանցման և ընդունման, ինչը կհանգեցնի աղավաղումների: Հետևաբար, հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել ռադիոհաճախականության ազդանշանի հետ կապված դիմադրության համապատասխանության խնդրին, քանի որ ռադիոհաճախականության ազդանշանն ունի բարձր արագություն և հատուկ հանդուրժողականություն:

ՌԴ հաղորդման գծերը պահանջում են վերահսկվող դիմադրություն, որպեսզի փոխանցեն ՌԴ ազդանշանները կոնկրետ IC-ի ենթաշերտից դեպի PCB: Այս փոխանցման գծերը կարող են իրականացվել արտաքին շերտի, վերին շերտի և ստորին շերտի վրա կամ կարող են նախագծվել միջին շերտում:

PCB ՌԴ նախագծման դասավորության ժամանակ օգտագործվող մեթոդներն են՝ միկրոշերտի գիծը, լողացող ժապավենի գիծը, համակողմանի ալիքատարը կամ հիմնավորումը: Microstrip գիծը բաղկացած է մետաղի կամ հետքերի ֆիքսված երկարությունից և ամբողջ գետնի հարթությունից կամ գետնի հարթության մի մասից անմիջապես դրա տակ: Ընդհանուր միկրոշերտի գծի կառուցվածքում բնորոշ դիմադրությունը տատանվում է 50Ω-ից մինչև 75Ω:

Լողացող շերտագիծը էլեկտրահաղորդման և աղմուկի զսպման ևս մեկ մեթոդ է: Այս գիծը բաղկացած է ներքին շերտի ֆիքսված լայնությամբ լարերից և կենտրոնական դիրիժորի վերևում և ներքևում գտնվող մեծ հողային հարթությունից: Ստորգետնյա հարթությունը սենդվիչվում է ուժային հարթության միջև, ուստի այն կարող է ապահովել շատ արդյունավետ հիմնավորման էֆեկտ: Սա նախընտրելի մեթոդ է կրելի PCB ՌԴ ազդանշանային լարերի միացման համար:

Համակողմանի ալիքատարը կարող է ապահովել ավելի լավ մեկուսացում ՌԴ շղթայի մոտ և այն շղթայի մոտ, որը պետք է մոտեցվի: Այս միջավայրը բաղկացած է կենտրոնական հաղորդիչից և վերգետնյա հարթություններից երկու կողմից կամ ներքևում: Ռադիոհաճախականության ազդանշաններ փոխանցելու լավագույն միջոցը ժապավենային գծերի կամ համակողմանի ալիքատարների կասեցումն է: Այս երկու մեթոդները կարող են ապահովել ավելի լավ մեկուսացում ազդանշանի և ՌԴ հետքերի միջև:

Խորհուրդ է տրվում օգտագործել այսպես կոչված «ցանկապատի միջոցով» համակողմանի ալիքատարի երկու կողմերում: Այս մեթոդը կարող է ապահովել կենտրոնական դիրիժորի յուրաքանչյուր մետաղական հողատարածքի մի շարք գետնանցումներ: Մեջտեղում հոսող հիմնական հետքը յուրաքանչյուր կողմում ունի ցանկապատեր, այդպիսով ապահովելով ներքևում գտնվող գետնին վերադարձի հոսանքի դյուրանցում: Այս մեթոդը կարող է նվազեցնել աղմուկի մակարդակը, որը կապված է ՌԴ ազդանշանի բարձր ալիքային ազդեցության հետ: 4,5-ի դիէլեկտրական հաստատունը մնում է նույնը, ինչ FR4 նյութը prepreg-ի, մինչդեռ նախածանցի դիէլեկտրական հաստատունը՝ միկրոշերտի, շերտագծի կամ օֆսեթ շերտագծից, կազմում է մոտ 3,8-ից 3,9:

Որոշ սարքերում, որոնք օգտագործում են վերգետնյա հարթություն, կույր երթուղիները կարող են օգտագործվել հզորության կոնդենսատորի անջատման աշխատանքը բարելավելու և սարքից գետնին շանթային ուղի ապահովելու համար: Շանթային ճանապարհը դեպի գետնին կարող է կրճատել միջանցքի երկարությունը: Սա կարող է հասնել երկու նպատակի. դուք ոչ միայն ստեղծում եք շունտ կամ հող, այլ նաև նվազեցնում եք փոքր տարածքներով սարքերի փոխանցման հեռավորությունը, ինչը ՌԴ նախագծման կարևոր գործոն է: