Кішігірім өлшемдер мен өлшемдерге байланысты өсіп келе жатқан IoT нарығына арналған баспа платасының стандарттары дерлік жоқ. Бұл стандарттар шыққанға дейін бізге кеңес деңгейінде әзірлеуде алған білім мен өндірістік тәжірибеге сүйеніп, оларды бірегей туындайтын қиындықтарға қалай қолдану керектігін ойластыру керек болды. Біздің ерекше назар аударуды қажет ететін үш сала бар. Олар: схема бетінің материалдары, РЖ/микротолқынды дизайн және РЖ тарату желілері.
ПХД материалы
«ПХД» әдетте талшықты күшейтілген эпоксидтен (FR4), полиимидтен немесе Роджерс материалдарынан немесе басқа ламинат материалдарынан жасалуы мүмкін ламинаттардан тұрады. Әртүрлі қабаттар арасындағы оқшаулағыш материал препрег деп аталады.
киілетін құрылғылар жоғары сенімділікті қажет етеді, сондықтан ПХД дизайнерлері FR4 (ең үнемді ПХД өндіру материалы) немесе неғұрлым жетілдірілген және қымбатырақ материалдарды пайдалануды таңдауға тап болғанда, бұл мәселеге айналады.
Егер киілетін ПХД қолданбалары жоғары жылдамдықты, жоғары жиілікті материалдарды қажет етсе, FR4 ең жақсы таңдау болмауы мүмкін. FR4 диэлектрлік өтімділігі (Dk) 4,5, неғұрлым жетілдірілген Rogers 4003 сериясының материалының диэлектрлік өтімділігі 3,55, ал Rogers 4350 ағайынды сериясының диэлектрлік өтімділігі 3,66.
«Ламинаттың диэлектрлік өтімділігі ламинаттың жанындағы өткізгіштер жұбының арасындағы сыйымдылықтың немесе энергияның вакуумдағы жұп өткізгіштер арасындағы сыйымдылыққа немесе энергияға қатынасын білдіреді. Жоғары жиіліктерде аз шығынға ие болған дұрыс. Сондықтан диэлектрлік өтімділігі 3,66 болатын Roger 4350 диэлектрлік өтімділігі 4,5 болатын FR4-ке қарағанда жоғары жиілікті қолданбалар үшін қолайлы.
Қалыпты жағдайда киілетін құрылғыларға арналған ПХД қабаттарының саны 4-тен 8 қабатқа дейін ауытқиды. Қабатты салу принципі мынада, егер ол 8 қабатты ПХД болса, ол жеткілікті жер және қуат қабаттарын қамтамасыз етіп, сым қабатын сэндвичпен қамтамасыз етуі керек. Осылайша, тоғысқандағы толқындық әсерді барынша азайтуға және электромагниттік кедергіні (EMI) айтарлықтай азайтуға болады.
Схема платасын жобалау сатысында орналасу жоспары әдетте қуатты тарату қабатына жақын үлкен жер қабатын орналастыру болып табылады. Бұл өте төмен толқын әсерін тудыруы мүмкін және жүйе шуын да нөлге дейін азайтуға болады. Бұл әсіресе радиожиілік ішкі жүйесі үшін маңызды.
Роджерс материалымен салыстырғанда, FR4 диссипация коэффициенті (Df) жоғары, әсіресе жоғары жиілікте. Жоғары өнімділік FR4 ламинаттары үшін Df мәні 0,002 шамасында болады, бұл қарапайым FR4-тен жақсырақ. Дегенмен, Роджерс стегі тек 0,001 немесе одан аз. FR4 материалы жоғары жиілікті қолданбалар үшін пайдаланылған кезде кірістіру жоғалуында айтарлықтай айырмашылық болады. Кірістіру жоғалуы FR4, Роджерс немесе басқа материалдарды пайдаланған кезде А нүктесінен В нүктесіне дейін сигналдың қуат жоғалуы ретінде анықталады.
проблемалар туғызу
Тағатын ПХД қатаңырақ кедергі бақылауын қажет етеді. Бұл киілетін құрылғылар үшін маңызды фактор болып табылады. Кедергі сәйкестігі таза сигнал беруді жасай алады. Бұрын сигнал тасымалдау іздерінің стандартты төзімділігі ±10% болды. Бұл көрсеткіш бүгінгі жоғары жиілікті және жоғары жылдамдықты тізбектер үшін жеткіліксіз екені анық. Қазіргі талап ±7%, ал кейбір жағдайларда тіпті ±5% немесе одан да аз. Бұл параметр және басқа айнымалылар әсіресе қатаң кедергі бақылауы бар осы тозуға болатын ПХД өндірісіне елеулі әсер етеді, осылайша оларды шығаратын кәсіпорындардың санын шектейді.
Rogers UHF материалдарынан жасалған ламинаттың диэлектрлік тұрақты төзімділігі әдетте ±2% деңгейінде сақталады, ал кейбір өнімдер тіпті ±1% жетуі мүмкін. Керісінше, FR4 ламинатының диэлектрлік тұрақты төзімділігі 10% дейін жоғары. Сондықтан, осы екі материалды салыстырыңыз, Роджерстің кірістіру жоғалуы әсіресе төмен. Дәстүрлі FR4 материалдарымен салыстырғанда, беру жоғалуы және Роджерс стекінің кірістіру жоғалуы жартылай төмен.
Көп жағдайда шығындар ең маңызды болып табылады. Дегенмен, Роджерс қолайлы баға нүктесінде салыстырмалы түрде төмен шығынды жоғары жиілікті ламинат өнімділігін қамтамасыз ете алады. Коммерциялық қолданбалар үшін Роджерс эпоксидті негізіндегі FR4 бар гибридті ПХД жасауға болады, оның кейбір қабаттары Роджерс материалын, ал басқа қабаттары FR4 пайдаланады.
Роджерс стегін таңдаған кезде жиілік басты назарға алынады. Жиілік 500 МГц-тен асқанда, ПХД дизайнерлері әсіресе РЖ/микротолқынды тізбектер үшін Роджерс материалдарын таңдауға бейім, өйткені бұл материалдар жоғарғы іздер кедергімен қатаң басқарылатын кезде жоғары өнімділікті қамтамасыз ете алады.
FR4 материалымен салыстырғанда, Роджерс материалы сонымен қатар аз диэлектрлік шығынды қамтамасыз ете алады және оның диэлектрлік тұрақтылығы кең жиілік диапазонында тұрақты. Сонымен қатар, Роджерс материалы жоғары жиілікті жұмыс үшін талап етілетін кірістіру жоғалуының мінсіз өнімділігін қамтамасыз ете алады.
Rogers 4000 сериялы материалдардың термиялық кеңею коэффициенті (CTE) тамаша өлшемдік тұрақтылыққа ие. Бұл FR4-пен салыстырғанда, ПХД суық, ыстық және өте ыстық қайта ағынды дәнекерлеу циклдарынан өткенде, платаның термиялық кеңеюі мен жиырылуы жоғары жиілікте және жоғары температура циклдарында тұрақты шектерде сақталуы мүмкін дегенді білдіреді.
Аралас қабаттастыру жағдайында Роджерс пен өнімділігі жоғары FR4-ті араластыру үшін жалпы өндіріс технологиясын пайдалану оңай, сондықтан жоғары өндірістік шығымдылыққа жету салыстырмалы түрде оңай. Роджерс стегі арнайы дайындық процесін қажет етпейді.
Жалпы FR4 өте сенімді электрлік өнімділікке қол жеткізе алмайды, бірақ өнімділігі жоғары FR4 материалдары жоғары Tg, салыстырмалы түрде төмен құны сияқты жақсы сенімділік сипаттамаларына ие және қарапайым аудио дизайннан күрделі микротолқынды қолданбаларға дейін кең ауқымда қолданылуы мүмкін. .
РЖ/Микротолқынды пештің дизайнын қарастыру
Портативті технология және Bluetooth киілетін құрылғылардағы RF/микротолқынды қолданбаларға жол ашты. Бүгінгі жиілік диапазоны барған сайын серпінді болып келеді. Бірнеше жыл бұрын өте жоғары жиілік (VHF) 2 ГГц ~ 3 ГГц деп анықталған. Бірақ қазір біз 10 ГГц-тен 25 ГГц-ке дейінгі ультра жоғары жиілікті (UHF) қолданбаларды көре аламыз.
Сондықтан, тозуға болатын ПХД үшін РЖ бөлігі сым мәселелеріне көбірек назар аударуды талап етеді және сигналдарды бөлек бөлу керек, ал жоғары жиілікті сигналдарды тудыратын іздер жерден алыс болуы керек. Басқа ойларға мыналар жатады: айналма сүзгіні қамтамасыз ету, барабар ажырату конденсаторлары, жерге қосу және беру және қайтару желісін шамамен бірдей етіп жобалау.
Айналым сүзгісі шу мазмұнының толқындық әсерін және айқас сөйлесуді басуы мүмкін. Ажырататын конденсаторларды қуат сигналдарын тасымалдайтын құрылғы түйреуіштеріне жақынырақ орналастыру керек.
Жоғары жылдамдықты беру желілері мен сигналдық тізбектер шу сигналдары арқылы пайда болатын дірілдерді тегістеу үшін қуат қабатының сигналдарының арасына жер қабатын орналастыруды талап етеді. Сигналдың жоғары жылдамдықтарында кіші кедергілер сәйкес келмеу сигналдардың теңгерімсіз берілуі мен қабылдануын тудырады, бұл бұрмалануға әкеледі. Сондықтан радиожиілік сигналына қатысты кедергілерді сәйкестендіру мәселесіне ерекше назар аудару керек, себебі радиожиілік сигналы жоғары жылдамдыққа және ерекше төзімділікке ие.
РЖ сигналдарын белгілі бір IC субстратынан ПХД-ге жіберу үшін РЖ беру желілері басқарылатын кедергіні қажет етеді. Бұл электр беру желілері сыртқы қабатта, үстіңгі қабатта және төменгі қабатта жүзеге асырылуы мүмкін немесе ортаңғы қабатта жобалануы мүмкін.
ПХД РЖ жобалау схемасы кезінде қолданылатын әдістер микрожолақ, өзгермелі жолақ сызығы, компланарлы толқын өткізгіш немесе жерге қосу болып табылады. Микрожолақ сызығы белгіленген ұзындықтағы металдан немесе іздерден және оның астындағы бүкіл жер жазықтығынан немесе жер бетіндегі жазықтықтың бір бөлігінен тұрады. Жалпы микрожолақ сызығының құрылымындағы сипаттамалық кедергі 50 Ом мен 75 Ом аралығында болады.
Қалқымалы жолақ - бұл сымдарды және шуды басудың тағы бір әдісі. Бұл сызық ішкі қабаттағы бекітілген ені бар сымдардан және орталық өткізгіштің үстінде және астындағы үлкен жер жазықтығынан тұрады. Жердегі жазықтық қуат жазықтығының арасында орналасқан, сондықтан ол өте тиімді жерге қосу әсерін қамтамасыз ете алады. Бұл киілетін ПХД РЖ сигнал сымдары үшін қолайлы әдіс.
Копланар толқын өткізгіші РЖ тізбегінің жанында жақсы оқшаулауды және жақынырақ бағытталу керек тізбекті қамтамасыз ете алады. Бұл орта екі жағында немесе астындағы орталық өткізгіштен және жер бетіндегі жазықтықтардан тұрады. Радиожиілік сигналдарын берудің ең жақсы жолы - жолақ сызықтарын немесе компланарлы толқын өткізгіштерді тоқтата тұру. Бұл екі әдіс сигнал мен РЖ іздері арасында жақсы оқшаулауды қамтамасыз ете алады.
Копланарлы толқын өткізгіштің екі жағында «қоршау арқылы» деп аталатынды пайдалану ұсынылады. Бұл әдіс орталық өткізгіштің әрбір металл жерге тұйықтау жазықтығында жер үсті жолдарының қатарын қамтамасыз ете алады. Ортасында жүретін негізгі іздің әр жағында қоршаулар бар, осылайша төмендегі жерге қайтарылатын ток үшін төте жолды қамтамасыз етеді. Бұл әдіс РЖ сигналының жоғары толқындық әсерімен байланысты шу деңгейін төмендетуі мүмкін. 4,5 диэлектрлік өтімділігі препрегтің FR4 материалымен бірдей болып қалады, ал препрегтің диэлектрлік өтімділігі — микрожолақ, жолақ немесе офсеттік жолақ сызығы — шамамен 3,8-ден 3,9-ға дейін.
Жердегі жазықтықты пайдаланатын кейбір құрылғыларда қуат конденсаторының ажырату өнімділігін жақсарту және құрылғыдан жерге шунттау жолын қамтамасыз ету үшін соқыр жолдар пайдаланылуы мүмкін. Жерге апаратын маневр жолы арқылы өту ұзындығын қысқартуға болады. Бұл екі мақсатқа қол жеткізуге болады: сіз шунтты немесе жерді жасап қана қоймай, сонымен қатар РЖ жобалаудың маңызды факторы болып табылатын шағын аумақтары бар құрылғылардың берілу қашықтығын азайтасыз.