Шағын мөлшері мен мөлшеріне байланысты, IOT-тің өсуіне арналған схема стендтерінің стандарттары жоқ. Осы стандарттар шыққанға дейін біз борттық деңгейде білім алуда және оларды дамыту тәжірибесіне сүйенуіміз керек және оларды бірегей туындаған қиыншылықтарға қалай қолдануға болатындығы туралы ойлануға тура келді. Біздің ерекше назарымызды қажет ететін үш бағыт бар. Олар: схемалар тақтасының беттік материалдары, RF / микротолқынды дизайн және RF электр беру желілері.
ПХБ материалы
«ПХБ» әдетте талшықты күшейтілген эпоксидтен (FR4), полимидтерден немесе роджер материалдарынан немесе басқа ламинат материалдарынан жасалған ламинаттардан тұрады. Әр түрлі қабаттар арасындағы оқшаулағыш материал алдын ала экраны деп аталады.
Қажетті құрылғылар жоғары сенімділікті қажет етеді, сондықтан PCB дизайнерлері FR4 (ең үнемді PCB өндірісі материалы) немесе қымбат және қымбат материалдарды таңдауға тап болған кезде, бұл проблемаға айналады.
Егер PCB-дің киюі жоғары жылдамдықты, жоғары жиілікті материалдар қажет болса, FR4 ең жақсы таңдау болмауы мүмкін. FR4-тің диэлектрлік тұрақты (DK) 4,5, жетілдірілген Rogers 4003 сериялы материалдың диэлектрлік тұрақты мөлшері - 3,55, ал ағас сериялы Rogers 4350-дің диэлектрлік тұрақтысі - 3,66.
«Ламинаттың диэлектрлік тұрақты құрамы вакуумдағы дирижерлердің жұптасуы немесе вакуумдағы дирижер арасындағы өткізгіштің арақатынасы. Жоғары жиіліктермен немесе энергиямен арақатынаста
Қалыпты жағдайларда, киетін құрылғыларға арналған PCB қабаттарының саны 4-тен 8 қабатқа дейін. Қабаттықтың құрылысы қағидасы - егер ол 8 қабатты ПХД болса, ол жеткілікті жер және электрлік қабаттар мен сэндвичті сымдармен қамтамасыз етуі керек. Осылайша, кросс күйінде толқу әсерін минималды және электромагниттік кедергілерге (EMI) едәуір қысқартуға болады.
Схемалар тақтасындағы орналасуды жобалау кезеңінде орналасу жоспары, әдетте, электр тарату қабатына жақын жер үсті қабатын орналастыру керек. Бұл өте төмен толқын әсерін қалыптастыра алады, ал жүйенің шуын нөлге дейін азайтуға болады. Бұл әсіресе радиожиілік ішкі жүйесі үшін өте маңызды.
Роджерс материалымен салыстырғанда, FR4-де диспанциация коэффициенті (DF), әсіресе жоғары жиілікте бар. Жоғары өнімділікке арналған FR4 ламинаттарында DF мәні шамамен 0,002 құрайды, бұл кәдімгі FR4-ден гөрі магнитудасы. Алайда, Роджерс стек - бұл тек 0,001 немесе одан аз. FR4 материалы жоғары жиілікті қосымшалар үшін пайдаланылған кезде, кірістің жоғалуынан айтарлықтай айырмашылық болады. Кірістіру шығыны FR4, ROGERS немесе басқа материалдарды қолданған кезде A нүктесінен B нүктесінен алынған сигналдың жоғалуы анықталады.
Мәселелер жасаңыз
Қажетті ПХД қаттылыққа кедергі келтіруді қажет етеді. Бұл киіздегі құрылғылардың маңызды факторы. Кедергілерді сәйкестендіру Сигналды бермеуі мүмкін. Ертерек, сигналды алып жүретін іздер үшін стандартты төзімділік ± 10% болды. Бұл көрсеткіш бүгінгі жиіліктегі және жоғары жылдамдықты тізбектер үшін жеткіліксіз екені анық. Ағымдағы талап ± 7%, ал кейбір жағдайларда да ± 5% немесе одан аз. Бұл параметр және басқа айнымалы мәндер, оларды әсіресе қатаң кедергісіз, осылайша қатаң кедергісіз, осылайша оларды өндіре алатын бизнесті шектейді.
Роджерлердің uhf материалдарынан жасалған ламинаттың диэлектрлік тұрақты төзімділігі, әдетте, ± 2%, ал кейбір өнімдер де ± 1% жетеді. Керісінше, диэлектрлік тұрақты ламинатқа толеранттылық 10% -ға жоғары. Сондықтан, осы екі материалды салыстырыңыз, өйткені Роджерс кірістің жоғалуы әсіресе төмен екенін анықтауға болады. Дәстүрлі FR4 материалдарымен салыстырғанда, жіберілу жоғалуы және Роджерлердің жиналуын жоғалту жартысы төмен.
Көп жағдайда, шығын ең маңызды болып табылады. Алайда, Роджерс қолайлы баға нүктесінде салыстырмалы түрде төмен жиіліктегі ламинат өнімділігін қамтамасыз ете алады. Коммерциялық қосымшалар үшін Роджерс Эпоксидиялы FR4 бар гибридтерді PCB-ге енгізуге болады, олардың кейбір қабаттары Роджерс материалын пайдаланады және басқа да қабаттар FR4 пайдаланады.
Роджерлер дақтарын таңдағанда, жиілік болып табылады. Жиілік 500mhz-тен асқан кезде, PCB дизайнерлері, әсіресе RF / микротолқынды тізбектер үшін Роджер материалдарын таңдайды, өйткені бұл материалдар жоғарғы іздер кедергі келтірген кезде жоғары өнімділікпен қамтамасыз ете алады.
FR4 материалымен салыстырғанда, Роджерс материалы да төменгі диэлектрлік шығындармен қамтамасыз ете алады, ал оның диэлектрлік тұрақты түрде кең жиіліктегі тұрақты. Сонымен қатар, Роджерлер материалы жоғары жиілікті жұмыс істеуге қажетті шығындарды жоғалтуды қамтамасыз ете алады.
Роджерлердің жылу кеңеюінің коэффициенті (CTE) 4000 сериялы материалдардың мөлшері өте жақсы тұрақтылыққа ие. Бұл PCB-мен салыстырғанда, ПХД суық, ыстық және өте ыстық шағылыстыратын дәнекерлермен салыстырғанда, электр тізбегінің жылу кеңеюі мен жиырылуын жоғары жиіліктегі және жоғары температура циклдарында ұстауға болады.
Аралас жинақтау жағдайында Роджерлер мен жоғары өнімді FR4-ті бірге араластыру үшін жалпы өндірістік процесті қолдану оңай, сондықтан жоғары дайын өнімділікке қол жеткізу оңай. Роджерлер стекі дайындық процесі арқылы арнайы қажет емес.
Жалпы FR4 электрлік өнімділікке қол жеткізе алмайды, бірақ жоғары сапалы FR4 материалдары жоғары дг, мысалы, жоғары сапалы, әлі де төмен шығындар бар және оларды қарапайым аудио дизайннан бастап күрделі микротолқынды пештерден пайдалануға болады.
RF / микротолқынды дизайн туралы пікірлер
Портативті технологиялар мен Bluetooth киюге болатын құрылғыларда RF / микротолқынды қосымшаларға жол ашты. Бүгінгі жиілік диапазоны қарқынды болып, динамикаға айналуда. Бірнеше жыл бұрын, өте жоғары жиілік (VHF) 2 ГЗ ~ 3ГГц деп анықталды. Бірақ қазір біз 10 ГГц-тен 25 ГГц дейінгі ультра жоғары жиілікті (UHF) қосымшаларды көре аламыз.
Сондықтан, RF-тің тозған бөлігі үшін RF бөлігі сымдар шығарылымына көбірек көңіл бөлуді қажет етеді, ал сигналдар бөлек бөлек тұру керек, ал жоғары жиілікті сигналдарды шығаратын іздерді жерден алшақтату керек. Басқа пікірлер мыналарды қамтиды: айналып өту сүзгісін, жеткілікті түрде дезап қалатын конденсаторларды, жерлендіруді және электр жеткізу желісін және қайтару сызығын теңестіруге мүмкіндік береді.
Айналым сүзгісі шу құрамының және айқастың толқуын баса алады. Декциялау конденсаторлары қуат сигналдарын тасымалдайтын құрылғыға жақын орналасуы керек.
Жоғары жылдамдықты электр беру желілері мен сигналдық тізбектер шу сигналдары пайда болған джиттерді тегістеу үшін қуат қабатының сигналдары арасында орналастырылатын жер қабатын қажет етеді. Сигналдың жоғарылауы жоғарылаған кезде, ұсақ кедергілердің сәйкес келмеуі сигналдардың теңгерімсіз берілуіне және сигналдарды қабылдауға, бұрмалануына әкеледі. Сондықтан радиожиілік сигналымен байланысты кедергілерге сәйкес келетін мәселеге ерекше назар аудару керек, өйткені радио жиілік сигналының жылдамдығы жоғары және ерекше толеранттылыққа ие.
RF тарату желілері белгілі бір IC субстратынан ПХД-ға RF сигналдарын жіберу үшін бақыланатын кедергіні талап етеді. Бұл электр беру желілерін сыртқы қабатқа, үстіңгі қабатқа, жоғарғы қабатқа, төменгі қабатқа немесе ортаңғы қабатта жасауға болады.
PCB RF дизайнының орналасуы кезінде қолданылатын әдістер Microstrip Line, өзгермелі жолақ, копланар толқындары немесе жерге қосу болып табылады. Microstrip желісі металл немесе іздердің бекітілген ұзындығынан және бүкіл жердегі жазықтық немесе жердегі жазықтықтан немесе одан төмен жерлерден тұрады. Жалпы микросрип сызығының құрылымы 50-ден 75-ке дейін.
Қалқымалы стрипинг - бұл сымдар мен шуды басудың тағы бір әдісі. Бұл жол ішкі қабаттағы ені мен орталық жердегі сымдардан тұрады және орталық өткізгіштің үстіндегі және астындағы үлкен жердегі жазықтықтан тұрады. Жердегі жазықтық электр ұшағы арасындағы сландиялық болып табылады, сондықтан ол өте тиімді негізсіз әсер етуі мүмкін. Бұл PCB RF сигналдық сымдарының таңдаулы әдісі.
Coplanar Waveguide RF тізбегінің жанында және жақындастыру қажет тізбекке жақын аралық қамтамасыз ете алады. Бұл ортада орталық дирижер және жердегі жердегі ұшақтардан тұрады. Радиожиілік сигналдарын жіберудің ең жақсы тәсілі - жолақтарды немесе Coplanar толқындарын тоқтата тұру. Бұл екі әдіс сигнал мен RF іздері арасында жақсырақ оқшаулауды қамтамасыз ете алады.
Coplanar WaveGuide-тің екі жағындағы «қоршау арқылы» деп аталатын «қоршау» қолдану ұсынылады. Бұл әдіс орталықтың өткізгіштің әр металл саңылауына бағытталған жердің бір қатарын қамтамасыз ете алады. Ортада жұмыс істейтін негізгі бақылаудан екі жағынан қоршаулар бар, осылайша төмен жердегі қайтарылатын ток үшін төте жолды ұсынады. Бұл әдіс RF сигналының жоғары толқу әсерімен байланысты шу деңгейін төмендетуі мүмкін. 4.5 Диэлектрлік тұрақты конторент Prepreg-дің FR4 материалымен бірдей болып қалады, ал «Прифргтің» диэлектрлік тұрақты концептиррикалық тұрақты болып табылады, ал «Прифрег» диэлектрлік тұрақты, стрипин немесе офсеттік стрипинді - шамамен 3,8-ден 3,9-ға дейін.
Жердегі жазықтықты пайдаланатын кейбір құрылғыларда зағиптар vias қуат конденсаторының дезапталарын жақсарту және құрылғыдан жерге бағытталған жолмен қамтамасыз ету үшін қолданылуы мүмкін. Жердегі шунт жолы ұзындығын қысқарта алады. Бұл екі мақсатқа қол жеткізе алады: сіз тек шунт немесе жерді жасап қана қоймай, сонымен қатар, шағын аудандармен құрылғылардың берілуін азайтыңыз, бұл RF жобалаудың маңызды факторы болып табылады.