Кичинекей жана өлчөмүнөн улам, өсүп келе жаткан IoT рыногу үчүн басма схемасынын стандарттары дээрлик жок. Бул стандарттар чыкканга чейин, биз башкармалык деңгээлинде иштеп чыгууда үйрөнгөн билимге жана өндүрүштүк тажрыйбага таянышыбыз керек жана аларды уникалдуу пайда болгон кыйынчылыктарга кантип колдонуу керектиги жөнүндө ойлонушубуз керек болчу. Биздин өзгөчө көңүл бурууну талап кылган үч тармак бар. Алар: схеманын беттик материалдары, RF/микротолкундуу дизайн жана RF берүү линиялары.

PCB материалы

"ПКБ" көбүнчө ламинаттардан турат, алар була менен бекемделген эпоксидден (FR4), полиимидден же Роджерс материалдарынан же башка ламинат материалдарынан жасалышы мүмкүн. Ар кандай катмарлардын ортосундагы жылуулоочу материал препрег деп аталат.

тагынуучу аппараттар жогорку ишенимдүүлүктү талап кылат, ошондуктан ПХБ дизайнерлери FR4 (эң үнөмдүү PCB өндүрүштүк материалы) же өнүккөн жана кымбатыраак материалдарды колдонууну тандоого туш болгондо, бул көйгөйгө айланат.

Эгерде кийүүчү PCB тиркемелери жогорку ылдамдыктагы, жогорку жыштыктагы материалдарды талап кылса, FR4 эң жакшы тандоо болбой калышы мүмкүн. FR4 диэлектрдик өтүмдүүлүгү (Dk) 4,5, бир кыйла өркүндөтүлгөн Rogers 4003 сериясынын материалынын диэлектрдик өтүмдүүлүгү 3,55, ал эми бир тууган Роджерс 4350 сериясынын диэлектрик өтүмдүүлүгү 3,66.

«Лиминаттын диэлектрдик өтүмдүүлүгү ламинаттын жанындагы жуп өткөргүчтөрдүн ортосундагы сыйымдуулуктун же энергиянын вакуумдагы жуп өткөргүчтөрдүн ортосундагы сыйымдуулукка же энергияга болгон катышын билдирет. Жогорку жыштыктарда бир аз жоготуу болгону жакшы. Ошондуктан, 3,66 диэлектрдик өткөрүмдүүлүк менен Roger 4350 4,5 диэлектрдик өткөрүмдүүлүк менен FR4 караганда жогорку жыштык колдонмолор үчүн ылайыктуу болуп саналат.

Кадимки шарттарда, кийип жүрүүчү түзүлүштөр үчүн ПХБ катмарларынын саны 4төн 8 катмарга чейин жетет. катмар куруу принцип, ал 8-кабат PCB болсо, анда ал жетиштүү жер жана электр катмарларын камсыз кылуу жана зым катмарын сэндвич жөндөмдүү болушу керек. Мына ушундай жол менен, кайчылаш кыймылдагы толкундардын эффектин минималдуу кармап, электромагниттик тоскоолдуктарды (EMI) кыйла азайтууга болот.

Райондук тактанын схемасын долбоорлоо стадиясында, схема планы негизинен электр бөлүштүрүүчү катмарга жакын чоң жер катмарын коюу болуп саналат. Бул өтө төмөн толкун эффектин түзүшү мүмкүн жана системанын ызы-чуусу да дээрлик нөлгө чейин азайтылышы мүмкүн. Бул радиожыштыктын подсистемасы үчүн өзгөчө маанилүү.

Роджерс материалы менен салыштырганда, FR4 өзгөчө жогорку жыштыкта, жогорку диссипация факторуна (Df) ээ. Жогорку натыйжалуулуктагы FR4 ламинаттары үчүн Df мааниси 0,002ге жакын, бул кадимки FR4 ламинаттарына караганда жакшыраак. Бирок, Роджерстин стек болгону 0,001 же андан аз. FR4 материалы жогорку жыштыктагы колдонмолор үчүн колдонулганда, киргизүү жоготууда олуттуу айырма болот. Киргизүүнүн жоготуусу FR4, Роджерс же башка материалдарды колдонууда А чекитинен В чекитине сигналдын күчүн жоготуу катары аныкталат.

көйгөйлөрдү түзүү

Кийилүүчү PCB катуураак импеданс контролун талап кылат. Бул тагынуучу аппараттар үчүн маанилүү фактор болуп саналат. Импеданстын дал келүүсү таза сигналды өткөрө алат. Буга чейин сигнал ташуучу издер үчүн стандарттык толеранттуулук ±10% болчу. Бул көрсөткүч бүгүнкү күндөгү жогорку жыштыктагы жана жогорку ылдамдыктагы схемалар үчүн жетиштүү эмес. Учурдагы талап ±7%, ал эми кээ бир учурларда ±5% же андан аз. Бул параметр жана башка өзгөрмөлөр, өзгөчө катуу импеданс көзөмөлү менен кийилүүчү PCBдерди өндүрүүгө олуттуу таасир тийгизет, ошону менен аларды чыгара турган ишканалардын санын чектейт.

Роджерс UHF материалдарынан жасалган ламинаттын диэлектрдик туруктуу сабырдуулугу жалпысынан ± 2% сакталат, ал эми кээ бир буюмдар ± 1% га жетиши мүмкүн. Ал эми, FR4 ламинаттын диэлектрдик туруктуу сабырдуулугу 10% га чейин жогору. Ошондуктан, бул эки материалды салыштыруу Роджерстин киргизүү жоготуу өзгөчө аз экенин табууга болот. Салттуу FR4 материалдары менен салыштырганда, Роджерс стекинин берүү жана киргизүү жоготуулары жарымына азыраак.

Көпчүлүк учурларда, наркы абдан маанилүү болуп саналат. Бирок, Роджерс алгылыктуу баада салыштырмалуу төмөн жоготуу жогорку жыштыктагы ламинат аткарууну камсыз кыла алат. Коммерциялык колдонмолор үчүн Роджерс эпоксиддүү FR4 менен гибриддик PCB кылып жасалышы мүмкүн, анын кээ бир катмарларында Роджерс материалы, ал эми башка катмарларында FR4 колдонулат.

Роджерс стек тандоодо, жыштык негизги нерсе болуп саналат. Жыштык 500 МГц ашканда, ПХБ дизайнерлери Роджерстин материалдарын, айрыкча RF/микротолкундуу схемалар үчүн тандап алышат, анткени бул материалдар жогорку издер импеданс менен катуу башкарылса, жогорку натыйжалуулукту камсыздай алат.

FR4 материалы менен салыштырганда, Роджерс материалы дагы азыраак диэлектрдик жоготууларды камсыздай алат жана анын диэлектрик туруктуулугу кеңири жыштык диапазонунда туруктуу. Мындан тышкары, Роджерс материалы жогорку жыштыктагы операция талап кылган идеалдуу төмөн коюу жоготуу көрсөткүчүн камсыз кыла алат.

Rogers 4000 сериясындагы материалдардын жылуулук кеңейүү коэффициенти (CTE) эң сонун өлчөмдүү туруктуулукка ээ. Бул FR4 менен салыштырганда, ПХБ муздак, ысык жана өтө ысык кайра ширетүү циклдарынан өткөндө, схеманын жылуулук кеңейүүсү жана жыйрылышы жогорку жыштык жана жогорку температура циклдеринде туруктуу чекте сакталышы мүмкүн дегенди билдирет.

Аралаштырылган стоктоодо, Роджерс менен жогорку өндүрүмдүүлүктөгү FR4ти аралаштыруу үчүн жалпы өндүрүш процессинин технологиясын колдонуу оңой, ошондуктан жогорку өндүрүштүк түшүмгө жетишүү салыштырмалуу оңой. Роджерс стек даярдоо процесси аркылуу атайын талап кылбайт.

Кадимки FR4 өтө ишенимдүү электрдик көрсөткүчтөргө жете албайт, бирок жогорку өндүрүмдүү FR4 материалдары жакшы ишенимдүүлүк мүнөздөмөсүнө ээ, мисалы, жогорку Tg, дагы деле салыштырмалуу арзан жана жөнөкөй аудио дизайндан татаал микротолкундуу колдонмолорго чейин кеңири спектрде колдонулушу мүмкүн. .

RF/Микротолкундарды долбоорлоо

Портативдик технология жана Bluetooth тагынуучу түзүлүштөрдөгү RF/микротолкундуу колдонмолорго жол ачты. Бүгүнкү күндө жыштык диапазону барган сайын динамикалуу болуп баратат. Бир нече жыл мурун, өтө жогорку жыштык (VHF) 2GHz ~ 3GHz катары аныкталган. Бирок азыр биз 10 ГГцден 25 ГГцге чейинки ультра жогорку жыштык (UHF) тиркемелерин көрө алабыз.

Ошондуктан, кийип жүрүүчү PCB үчүн RF бөлүгү зымдарга көбүрөөк көңүл бурууну талап кылат жана сигналдар өзүнчө бөлүнүп, жогорку жыштыктагы сигналдарды жараткан издер жерден алыс болушу керек. Башка ойлор төмөнкүлөрдү камтыйт: айланып өтүүчү чыпка менен камсыз кылуу, адекваттуу ажыратуу конденсаторлору, жерге туташтыруу жана өткөрүү линиясын жана кайтаруу линиясын дээрлик бирдей кылып долбоорлоо.

Айланып өтүү чыпкасы ызы-чуу мазмунунун толкундуу эффектин жана кайчылашууну баса алат. Ажыратуучу конденсаторлор электр сигналдарын алып жүрүүчү аппараттын төөнөгүчтөрүнө жакыныраак жайгаштырылышы керек.

Жогорку ылдамдыктагы өткөргүч линиялары жана сигнал схемалары ызы-чуу сигналдарынан келип чыккан життерди текшилөө үчүн электр катмарынын сигналдарынын ортосуна жер катмарын коюуну талап кылат. Сигналдын жогорку ылдамдыгында кичинекей импеданстын дал келбеши сигналдардын тең салмаксыз берилишине жана кабыл алынышына алып келет, натыйжада бурмалоо пайда болот. Ошондуктан радио жыштык сигналына байланыштуу импеданстын дал келүү маселесине өзгөчө көңүл буруу керек, анткени радиожыштык сигналы жогорку ылдамдыкка жана өзгөчө толеранттуулукка ээ.

RF берүү линиялары RF сигналдарын белгилүү бир IC субстраттан ПХБга өткөрүү үчүн контролдонуучу импедансты талап кылат. Бул өткөргүч линиялары сырткы катмарда, үстүнкү катмарда жана төмөнкү катмарда ишке ашырылышы мүмкүн же ортоңку катмарда долбоорлонушу мүмкүн.

PCB RF долбоорлоо макетин учурунда колдонулган ыкмалар микротилкелүү сызык, калкып жүрүүчү тилке сызыгы, coplanar толкун өткөргүч же жерге туташтыруу болуп саналат. Микрострип сызыгы белгиленген узундуктагы металлдан же издерден жана анын астындагы бүт жер тегиздигинен же жер тегиздигинин бир бөлүгүнөн турат. Жалпы микротилке линиясынын структурасында мүнөздүү импеданс 50Ωден 75Ωге чейин өзгөрөт.

Калкыма сызык - зымдарды жана ызы-чууну басуунун дагы бир ыкмасы. Бул линия ички катмардагы белгиленген туурасы зымдардан жана борбордук өткөргүчтөн жогору жана төмөн чоң жер тегиздигинен турат. Жер учагы электр учагынын ортосунда кысып турат, ошондуктан ал абдан натыйжалуу жерге туташтыруу эффектин бере алат. Бул тагынуучу PCB RF сигнал зымдары үчүн артыкчылыктуу ыкма болуп саналат.

Coplanar толкун өткөргүч RF чынжырынын жанында жакшыраак изоляцияны жана жакыныраак багыттоо керек болгон схеманы камсыздай алат. Бул чөйрө борбордук өткөргүчтөн жана эки тарапта же ылдыйда жайгашкан жер учактарынан турат. Радио жыштык сигналдарын берүүнүн эң жакшы жолу - тилкелүү линияларды же пландуу толкун өткөргүчтөрдү токтотуу. Бул эки ыкма сигнал менен RF издеринин ортосунда жакшыраак изоляцияны камсыздай алат.

Копланардык толкун өткөргүчтүн эки тарабында "тосмо аркылуу" деп аталган нерсени колдонуу сунушталат. Бул ыкма борбордук өткөргүчтүн ар бир металл жер тегиздигинде жер vias бир катар камсыз кыла алат. Ортодо чуркап турган негизги издин ар бир тарабында тосмолор бар, ошентип төмөндөгү жерге кайтып келүүчү токтун кыска жолун камсыз кылат. Бул ыкма RF сигналынын жогорку толкундуу эффекти менен байланышкан ызы-чуу деңгээлин азайта алат. 4,5 диэлектрдик өткөрүмдүүлүк препрегтин FR4 материалы менен бирдей бойдон калууда, ал эми препрегтин диэлектрдик өтмүшү — микротилкеден, тилкеден же офсеттик тилкеден — болжол менен 3,8ден 3,9га чейин.

Жер тегиздигин колдонгон кээ бир түзүлүштөрдө электр конденсаторунун ажыратуу иштешин жакшыртуу жана аппараттан жерге шунттук жолду камсыз кылуу үчүн сокур каналдар колдонулушу мүмкүн. жерге шунт жолу аркылуу узундугун кыскарта алат. Бул эки максатка жете алат: сиз бир гана шунт же жер түзүү эмес, ошондой эле маанилүү RF долбоорлоо фактору болуп саналат, кичинекей аймактар ​​менен аппараттардын берүү аралыкты кыскартуу.