Vegna smæðar og stærðar eru nánast engir staðlar fyrir prentaða hringrás fyrir vaxandi IoT-markaðinn fyrir nothæfan. Áður en þessir staðlar komu út, þurftum við að treysta á þekkingu og framleiðslureynslu sem lærðist í þróun á stjórnarstigi og hugsa um hvernig eigi að beita þeim á einstakar nýjar áskoranir. Það eru þrjú svæði sem krefjast sérstakrar athygli okkar. Þau eru: yfirborðsefni hringrásarborðs, RF/örbylgjuhönnun og RF flutningslínur.

PCB efni

„PCB“ samanstendur almennt af lagskiptum, sem geta verið úr trefjastyrktu epoxýi (FR4), pólýimíði eða Rogers efnum eða öðrum lagskiptum efnum. Einangrunarefnið á milli mismunandi laga er kallað prepreg.

klæðanleg tæki krefjast mikillar áreiðanleika, þannig að þegar PCB hönnuðir standa frammi fyrir vali um að nota FR4 (hagkvæmasta PCB framleiðsluefnið) eða fullkomnari og dýrari efni verður þetta vandamál.

Ef nothæf PCB forrit krefjast háhraða, hátíðniefna, gæti FR4 ekki verið besti kosturinn. Rafstuðullinn (Dk) FR4 er 4,5, rafstuðullinn fyrir fullkomnari Rogers 4003 röð efnisins er 3,55 og rafstuðull Rogers 4350 er 3,66.

„Rafmagnsfasti lagskipts vísar til hlutfalls rýmds eða orku milli leiðarapars nálægt lagskiptum og rýmds eða orku milli leiðaraparsins í lofttæmi. Á háum tíðnum er best að hafa lítið tap. Því hentar Roger 4350 með rafstuðul 3,66 betur fyrir notkun á hærri tíðni en FR4 með rafstuðul 4,5.

Undir venjulegum kringumstæðum er fjöldi PCB laga fyrir nothæf tæki á bilinu 4 til 8 lög. Meginreglan um lagbyggingu er sú að ef það er 8-laga PCB ætti það að geta veitt nægjanlegt jarð- og afllag og samloka raflögnina. Þannig er hægt að halda gáruáhrifum í þverræðu í lágmarki og draga verulega úr rafsegultruflunum (EMI).

Í hönnunarstigi hringrásartöflunnar er skipulagsáætlunin almennt að setja stórt jarðlag nálægt rafdreifingarlaginu. Þetta getur myndað mjög lítil gáruáhrif og einnig er hægt að minnka kerfishljóð niður í næstum núll. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir útvarpsbylgjuundirkerfið.

Samanborið við Rogers efni hefur FR4 hærri dreifingarstuðul (Df), sérstaklega við hátíðni. Fyrir meiri afköst FR4 lagskipt, er Df gildið um 0,002, sem er stærðargráðu betra en venjulegt FR4. Hins vegar er stafla Rogers aðeins 0,001 eða minna. Þegar FR4 efni er notað fyrir hátíðninotkun verður verulegur munur á innsetningartapi. Innsetningartap er skilgreint sem orkutap merkis frá punkti A til punkts B þegar FR4, Rogers eða önnur efni eru notuð.

skapa vandamál

Wearable PCB krefst strangari viðnámseftirlits. Þetta er mikilvægur þáttur fyrir klæðanleg tæki. Viðnámssamsvörun getur framleitt hreinni merkjasendingu. Áður fyrr var staðlað umburðarlyndi fyrir merkjamerki ±10%. Þessi vísir er augljóslega ekki nógu góður fyrir hátíðni og háhraða hringrásir nútímans. Núverandi krafa er ±7% og í sumum tilfellum jafnvel ±5% eða minna. Þessi breytu og aðrar breytur munu hafa alvarleg áhrif á framleiðslu á þessum nothæfu PCB-efnum með sérstaklega ströngu viðnámseftirliti og takmarka þannig fjölda fyrirtækja sem geta framleitt þau.

Díelektrískt stöðugt umburðarlyndi lagskiptsins úr Rogers UHF efnum er almennt haldið við ±2% og sumar vörur geta jafnvel náð ±1%. Aftur á móti er rafmagnsfastur þol FR4 lagskiptsins allt að 10%. Þess vegna berðu saman Þessi tvö efni má finna að innsetningartap Rogers er sérstaklega lítið. Í samanburði við hefðbundin FR4 efni er flutningstap og innsetningartap Rogers stafla helmingi lægra.

Í flestum tilfellum er kostnaðurinn mikilvægastur. Hins vegar getur Rogers veitt tiltölulega lágt tap hátíðni lagskipt frammistöðu á viðunandi verði. Til notkunar í atvinnuskyni er hægt að gera Rogers í blendings PCB með epoxý-undirstaða FR4, sum lög sem nota Rogers efni og önnur lög nota FR4.

Þegar þú velur Rogers stafla er tíðnin aðalatriðið. Þegar tíðnin fer yfir 500MHz, hafa PCB hönnuðir tilhneigingu til að velja Rogers efni, sérstaklega fyrir RF/örbylgjuofnrásir, vegna þess að þessi efni geta veitt meiri afköst þegar efri ummerkin eru stranglega stjórnað af viðnám.

Í samanburði við FR4 efni getur Rogers efni einnig veitt lægra rafstraumstap og rafstuðull þess er stöðugur á breiðu tíðnisviði. Að auki getur Rogers efni veitt tilvalið lágt innsetningartapsafköst sem krafist er fyrir hátíðniaðgerðir.

Hitastækkunarstuðull (CTE) Rogers 4000 röð efna hefur framúrskarandi víddarstöðugleika. Þetta þýðir að í samanburði við FR4, þegar PCB fer í gegnum kalt, heitt og mjög heitt endurrennslislóðunarlotur, er hægt að halda hitauppstreymi og samdrætti hringrásarborðsins við stöðug mörk undir hærri tíðni og hærri hitalotum.

Þegar um er að ræða blandaða stöflun er auðvelt að nota algenga framleiðsluferlistækni til að blanda Rogers og afkastamikilli FR4 saman, þannig að það er tiltölulega auðvelt að ná háum framleiðsluávöxtun. Rogers staflan krefst ekki sérstakrar undirbúningsferlis.

Algengar FR4 geta ekki náð mjög áreiðanlegum rafafköstum, en afkastamikil FR4 efni hafa góða áreiðanleikaeiginleika, svo sem hærra Tg, enn tiltölulega lágan kostnað, og hægt að nota í fjölmörgum forritum, allt frá einfaldri hljóðhönnun til flókinna örbylgjuofna. .

Hönnunarsjónarmið fyrir RF/örbylgjuofn

Færanleg tækni og Bluetooth hafa rutt brautina fyrir RF/örbylgjuforrit í tækjum sem hægt er að nota. Tíðnisvið dagsins í dag verður sífellt kraftmeira. Fyrir nokkrum árum var mjög há tíðni (VHF) skilgreind sem 2GHz~3GHz. En nú getum við séð ofur-há tíðni (UHF) forrit á bilinu 10GHz til 25GHz.

Þess vegna, fyrir klæðanlega PCB, krefst RF-hlutinn meiri athygli á raflagnamálum, og merkin ættu að vera aðskilin sérstaklega og ummerkin sem mynda hátíðnimerki ættu að vera í burtu frá jörðu. Önnur atriði fela í sér: útvega hjáveitu síu, fullnægjandi aftengingarþétta, jarðtengingu og hanna flutningslínuna og afturlínuna til að vera næstum jafnir.

Hjáveitusía getur bælt gáruáhrif hávaðainnihalds og krosstalningar. Aftengingarþétta þarf að vera nær pinna tækisins sem bera aflmerki.

Háhraða flutningslínur og merkjarásir krefjast þess að jarðlag sé sett á milli orkulagsmerkjanna til að jafna kippuna sem myndast af hávaðamerkjum. Við hærri merkjahraða mun lítil viðnámsósamræmi valda ójafnvægri sendingu og móttöku merkja, sem leiðir til röskunar. Þess vegna verður að huga sérstaklega að viðnámssamsvörunarvandanum sem tengist útvarpsbylgjumerkinu, vegna þess að útvarpstíðnimerkið hefur mikinn hraða og sérstakt umburðarlyndi.

RF flutningslínur þurfa stýrða viðnám til að senda RF merki frá tilteknu IC hvarfefni til PCB. Þessar flutningslínur geta verið útfærðar á ytra lagið, efsta lagið og neðsta lagið, eða hægt að hanna í miðlagið.

Aðferðirnar sem notaðar eru við hönnun PCB RF eru örstrip lína, fljótandi ræma lína, samplanar bylgjuleiðari eða jarðtenging. Microstrip línan samanstendur af fastri lengd af málmi eða sporum og öllu jarðplaninu eða hluta jarðplansins beint fyrir neðan það. Einkennandi viðnám í almennri smáröndlínubyggingu er á bilinu 50Ω til 75Ω.

Fljótandi ræma er önnur aðferð við raflögn og hávaðabælingu. Þessi lína samanstendur af fastri breidd raflögn á innra lagið og stóru jarðplani fyrir ofan og neðan miðjuleiðara. Jarðplanið er fest á milli aflplansins, þannig að það getur veitt mjög áhrifarík jarðtengingaráhrif. Þetta er ákjósanlegasta aðferðin fyrir RF merki raflögn fyrir PCB sem hægt er að nota.

Coplanar waveguide getur veitt betri einangrun nálægt RF hringrásinni og hringrásinni sem þarf að beina nær. Þessi miðill samanstendur af miðlægum leiðara og jarðplanum á hvorri hlið eða neðan. Besta leiðin til að senda útvarpsbylgjur er að stöðva ræmur eða samplanar bylgjuleiðarar. Þessar tvær aðferðir geta veitt betri einangrun milli merkis og RF spors.

Mælt er með því að nota svokallaða „via girðingu“ á báðum hliðum samplanar bylgjuleiðarans. Þessi aðferð getur veitt röð af jarðvegum á hverju málmjarðplani miðjuleiðarans. Aðalsporið sem liggur í miðjunni er með girðingum á hvorri hlið og gefur þannig flýtileið fyrir afturstrauminn til jarðar fyrir neðan. Þessi aðferð getur dregið úr hávaðastigi sem tengist miklum gáruáhrifum RF merkisins. Rafstuðullinn 4,5 er sá sami og FR4 efni prepregsins, en rafstuðull prepregsins - frá microstrip, stripline eða offset stripline - er um 3,8 til 3,9.

Í sumum tækjum sem nota jarðplan, er hægt að nota blindar gegnumrásir til að bæta aftengingargetu aflþéttans og veita shunt leið frá tækinu til jarðar. Skurðleiðin til jarðar getur stytt lengd brautarinnar. Þetta getur náð tveimur tilgangi: þú býrð ekki aðeins til shunt eða jörð, heldur minnkar einnig sendingarfjarlægð tækja með litlum svæðum, sem er mikilvægur RF hönnunarþáttur.