Vegna smæðar og stærð eru næstum engir núverandi staðlar prentaðra hringrásarborðs fyrir vaxandi áþreifanlegan IoT markaði. Áður en þessir staðlar komu út urðum við að treysta á þekkingu og framleiðslureynslu sem lært var í þróun stjórnarstigs og hugsa um hvernig eigi að beita þeim á einstökum nýjum áskorunum. Það eru þrjú svæði sem krefjast sérstakrar athygli okkar. Þau eru: Yfirborðsefni hringrásarborðs, RF/örbylgjuofn og RF háspennulínur.
PCB efni
„PCB“ samanstendur yfirleitt af lagskiptum, sem geta verið úr trefjarstyrkt epoxý (FR4), pólýímíð eða rogers efni eða annað lagskipt efni. Einangrunarefnið milli mismunandi laga er kallað prepreg.
Breytanleg tæki þurfa mikla áreiðanleika, þannig að þegar PCB hönnuðir standa frammi fyrir valinu á því að nota FR4 (hagkvæmasta PCB framleiðsluefni) eða háþróaðra og dýrara efni, þá mun þetta verða vandamál.
Ef bæranleg PCB forrit þurfa háhraða, hátíðni efni, er FR4 kannski ekki besti kosturinn. Dielectric stöðugleiki (DK) FR4 er 4,5, dielectric stöðugur í lengra komnum Rogers 4003 seríuefni er 3,55, og rafstöðugleiki bróðurþáttarins Rogers 4350 er 3,66.
"Rafmagnsstöðugur lagskipta vísar til hlutfalls rafrýmd eða orku milli par leiðara nálægt lagskiptum og þéttni eða orku milli par leiðara í lofttæmi. Á háum tíðni er best að hafa lítið tap. Roger 4350 með dielectric stöðugleika 4,66.
Undir venjulegum kringumstæðum er fjöldi PCB -laga fyrir áþreifanleg tæki á bilinu 4 til 8 lög. Meginreglan um lagasmíði er að ef það er 8 lag PCB ætti það að geta veitt næga jörð og rafmagnslög og samloku raflögnina. Á þennan hátt er hægt að halda gáraáhrifum í krosstöng í lágmarki og hægt er að draga verulega úr rafsegultruflunum (EMI).
Í hönnunarstigi hringrásarborðsins er skipulagsáætlunin yfirleitt að setja stórt jarðlag nálægt afldreifingarlaginu. Þetta getur myndað mjög lítil gáraáhrif og einnig er hægt að minnka hávaða kerfisins í næstum núll. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir undirkerfið útvarpsbylgjur.
Í samanburði við Rogers efni hefur FR4 hærri dreifingarstuðul (DF), sérstaklega með mikilli tíðni. Fyrir meiri afköst FR4 lagskipt er DF gildi um 0,002, sem er stærðargráðu betri en venjulegt FR4. Hins vegar er stafla Rogers aðeins 0,001 eða minna. Þegar FR4 efni er notað við hátíðni forrit verður verulegur munur á innsetningartapi. Innsetningartap er skilgreint sem aflstap merkisins frá punkti A til punktar B þegar FR4, Rogers eða önnur efni eru notuð.
skapa vandamál
Wearable PCB krefst strangari viðnámseftirlits. Þetta er mikilvægur þáttur fyrir áþreifanleg tæki. Samsvörun viðnáms getur framkallað hreinni merkjasendingu. Fyrr var staðlað umburðarlyndi fyrir merkjum sem bera merki ± 10%. Þessi vísir er augljóslega ekki nógu góður fyrir hátíðni og háhraða hringrás í dag. Núverandi krafa er ± 7% og í sumum tilvikum jafnvel ± 5% eða minna. Þessi færibreytur og aðrar breytur munu hafa alvarleg áhrif á framleiðslu á þessum áþreifanlegu PCB með sérstaklega ströngu viðnámsstjórnun og þar með takmarkað fjölda fyrirtækja sem geta framleitt þau.
Stöðugt þol lagskipta úr lager úr Rogers UHF efni er almennt viðhaldið við ± 2%og sumar vörur geta jafnvel náð ± 1%. Aftur á móti er stöðugleikaþol FR4 lagskipta allt að 10%. Þess vegna er hægt að komast að því að bera saman þessi tvö efni að innsetningartap Rogers er sérstaklega lítið. Í samanburði við hefðbundin FR4 efni er flutningsmissi og innsetningartap Rogers stafla hálf lægri.
Í flestum tilvikum er kostnaður mikilvægastur. Samt sem áður geta Rogers veitt tiltölulega lágt tap hátíðni lagskipta afköst á viðunandi verðlagi. Fyrir atvinnuskyni er hægt að gera Rogers að blendingum PCB með epoxý-undirstaða FR4, þar af nota nokkur lög Rogers efni og önnur lög nota FR4.
Þegar þú velur Rogers stafla er tíðni aðalatriðið. Þegar tíðnin fer yfir 500MHz hafa PCB hönnuðir tilhneigingu til að velja Rogers efni, sérstaklega fyrir RF/örbylgjuofn, vegna þess að þessi efni geta veitt meiri afköst þegar efri ummerki er stranglega stjórnað af viðnám.
Í samanburði við FR4 efni getur Rogers efni einnig veitt lægra dielectric tap og dielectric stöðugleiki þess er stöðugt á breitt tíðnisvið. Að auki getur Rogers efni veitt tilvalið afköst lágs innsetningar sem krafist er með hátíðni.
Stuðull hitauppstreymis (CTE) Rogers 4000 seríuefni hefur framúrskarandi víddarstöðugleika. Þetta þýðir að miðað við FR4, þegar PCB gengur undir kalda, heita og mjög heita endurflokkandi lóða, er hægt að viðhalda hitauppstreymi og samdrætti hringrásarinnar á stöðugum mörkum undir hærri tíðni og hærri hitastigsferlum.
Þegar um er að ræða blandaða stafla er auðvelt að nota sameiginlega framleiðsluferli til að blanda Rogers og afkastamikilli FR4 saman, svo það er tiltölulega auðvelt að ná fram mikilli framleiðslu ávöxtunar. Rogers stafla þarf ekki sérstakt með undirbúningsferli.
Sameiginleg FR4 getur ekki náð mjög áreiðanlegum rafmagni, en afkastamikil FR4 efni hafa góð áreiðanleikaeinkenni, svo sem hærri TG, enn tiltölulega litlum tilkostnaði, og er hægt að nota það í fjölmörgum forritum, allt frá einföldum hljóðhönnun til flókinna örbylgjuofna.
RF/örbylgjuofnshönnunarsjónarmið
Færanleg tækni og Bluetooth hafa rutt brautina fyrir RF/örbylgjuofnaforrit í áþreifanlegum tækjum. Tíðni svið dagsins er að verða meira og meira. Fyrir nokkrum árum var mjög mikil tíðni (VHF) skilgreind sem 2GHz ~ 3GHz. En núna getum við séð öfgafullar tíðni (UHF) forrit á bilinu 10GHz til 25GHz.
Þess vegna þarf RF hlutinn fyrir áþreifanlegan PCB meiri athygli á raflögninni og aðgreina skal merkin sérstaklega og ummerki sem búa til hátíðni merki skal halda frá jörðu. Önnur sjónarmið fela í sér: að veita framhjá síu, fullnægjandi aftengingarþéttum, jarðtengingu og hanna háspennulínuna og afturlínuna til að vera næstum jöfn.
Hliðarbraut sía getur bælt gáraáhrif hávaða innihalds og krosstöng. Það þarf að setja aftengingarþéttar nær að tækjunum sem bera aflmerki.
Háhraða háspennulínur og merkisrásir þurfa jarðlag til að setja á milli merkjamerkjanna til að slétta jitter sem myndast af hávaðamerkjum. Á hærri merkishraða munu litlar misræmi viðnám valda ójafnvægi sendingu og móttöku merkja, sem leiðir til röskunar. Þess vegna verður að huga sérstaklega að viðnámsvandamálinu sem tengist útvarpsbylgjumerkinu, vegna þess að útvarpsbylgjan hefur mikinn hraða og sérstakt umburðarlyndi.
RF háspennulínur krefjast stjórnaðs viðnáms til að senda RF merki frá tilteknu IC undirlagi til PCB. Hægt er að útfæra þessar háspennulínur á ytra lag, efsta lag og botnlag, eða hægt er að hanna þær í miðjulaginu.
Aðferðirnar sem notaðar eru við PCB RF hönnunarskipulag eru microstrip line, fljótandi ræma línu, coplanar bylgjustjórn eða jarðtengingu. Smástýringarlínan samanstendur af fastri lengd málm eða ummerki og allt jarðplanið eða hluta jarðarplansins beint fyrir neðan það. Einkennandi viðnám í almennri uppbyggingu smásjárlínu er á bilinu 50Ω til 75Ω.
Fljótandi stripline er önnur aðferð við raflögn og hávaða. Þessi lína samanstendur af fastri breiddar raflögn á innra laginu og stóru jarðplan fyrir ofan og undir miðju leiðaranum. Jarðplanið er samlokað á milli raforku, svo það getur veitt mjög árangursrík jarðtengingaráhrif. Þetta er ákjósanlegasta aðferðin fyrir bæranlegan PCB RF merkislögn.
Coplanar bylgjustýring getur veitt betri einangrun nálægt RF hringrásinni og hringrásinni sem þarf að færa nær. Þessi miðill samanstendur af miðlægum leiðara og jarðflugvélum hvorum megin eða undir. Besta leiðin til að senda útvarpsbylgjumerki er að fresta ræmilínum eða coplanar bylgjuleiðbeiningum. Þessar tvær aðferðir geta veitt betri einangrun milli merkisins og RF ummerki.
Mælt er með því að nota svokallaða „með girðingu“ beggja vegna Coplanar bylgjustjórans. Þessi aðferð getur veitt röð af jörðu vias á hverju málmplani miðju leiðarans. Aðalmerki sem keyrir í miðjunni hefur girðingar á hvorri hlið og veitir þannig flýtileið fyrir endurkomustrauminn til jarðar fyrir neðan. Þessi aðferð getur dregið úr hávaðastigi sem tengist miklum gáraáhrifum RF merkisins. Dielectric stöðugleiki 4,5 er sá sami og FR4 efnið í prepreg, en dielectric stöðugleiki prepregsins - frá microsastrip, stripline eða offset stripline - er um 3,8 til 3,9.
Í sumum tækjum sem nota jarðplan er hægt að nota blindar VIA til að bæta aftengingarafköst aflþéttisins og veita shunt leið frá tækinu til jarðar. SHUNT slóðin til jarðar getur stytt lengd VIA. Þetta getur náð tveimur tilgangi: þú býrð ekki aðeins til shunt eða jörð, heldur dregur einnig úr flutningsfjarlægð tækja með litlum svæðum, sem er mikilvægur RF hönnunarstuðull.
