Wéinst der klenger Gréisst a Gréisst ginn et bal keng existent gedréckte Circuit Board Standards fir de wuessende wearable IoT Maart. Ier dës Norme erauskoum, hu mir op d'Wëssen an d'Fabrikatiounserfarung vertrauen, déi an der Entwécklung vum Bordniveau geléiert goufen, an iwwerdenken wéi se se op eenzegaarteg opkomende Erausfuerderunge gëllen. Et ginn dräi Beräicher déi eis speziell Opmierksamkeet erfuerderen. Si sinn: Circuit Board Uewerfläch Materialien, RF / Mikrowell Design an RF Transmissioun Linnen.

PCB Material

"PCB" besteet allgemeng aus Laminaten, déi aus Glasfaserverstäerkten Epoxy (FR4), Polyimid oder Rogers Materialien oder aner Laminatmaterialien gemaach kënne ginn. D'Isoléiermaterial tëscht de verschiddene Schichten gëtt e Prepreg genannt.

wearable Geräter erfuerderen héich Zouverlässegkeet, also wann PCB Designer mat der Wiel konfrontéiert sinn FR4 ze benotzen (déi kosteneffektivste PCB Fabrikatiounsmaterial) oder méi fortgeschratt a méi deier Materialien, wäert dëst e Problem ginn.

Wann wearable PCB Uwendungen High-Speed-, Héichfrequenzmaterialien erfuerderen, ass FR4 vläicht net déi bescht Wiel. D'Dielektresch Konstant (Dk) vum FR4 ass 4,5, d'Dielektresch Konstant vum méi fortgeschrattem Rogers 4003 Serie Material ass 3,55, an d'Dielektresch Konstant vun der Brudder Serie Rogers 4350 ass 3,66.

"D'Dielektresch Konstant vun engem Laminat bezitt sech op d'Verhältnis vun der Kapazitéit oder Energie tëscht engem Paar Dirigenten no beim Laminat an d'Kapazitéit oder Energie tëscht de Leederpaar am Vakuum. Bei héijen Frequenzen ass et am beschten e klenge Verloscht ze hunn. Dofir ass de Roger 4350 mat enger dielektrescher Konstant vun 3,66 méi gëeegent fir méi héich Frequenzapplikatiounen wéi FR4 mat enger dielektrescher Konstant vu 4,5.

Ënner normalen Ëmstänn läit d'Zuel vun de PCB Schichten fir wearable Geräter vu 4 bis 8 Schichten. De Prinzip vun der Layerkonstruktioun ass datt wann et en 8-Schicht PCB ass, et sollt genuch Buedem- a Kraaftschichten ubidden an d'Verdrahtungsschicht sandwichéieren. Op dës Manéier kann de Ripple-Effekt am Crosstalk op e Minimum gehale ginn an d'elektromagnetesch Interferenz (EMI) bedeitend reduzéiert ginn.

Am Circuit Board Layout Designstadium ass de Layoutplang allgemeng eng grouss Buedemschicht no bei der Kraaftverdeelungsschicht ze placéieren. Dëst kann e ganz nidderegen Rippleeffekt bilden, an de Systemraus kann och op bal null reduzéiert ginn. Dëst ass besonnesch wichteg fir de Radiofrequenz-Subsystem.

Am Verglach mam Rogers Material huet FR4 e méi héije Vergëftungsfaktor (Df), besonnesch bei héijer Frequenz. Fir méi héich Leeschtung FR4 Laminate ass den Df Wäert ongeféier 0,002, wat eng Gréisstenuerdnung besser ass wéi normal FR4. Wéi och ëmmer, Rogers Stack ass nëmmen 0,001 oder manner. Wann FR4 Material fir héich Frequenz Uwendungen benotzt gëtt, gëtt et e wesentlechen Ënnerscheed am Insertiounsverloscht. Insertion Verloscht ass definéiert als Kraaftverloscht vum Signal vum Punkt A op Punkt B wann Dir FR4, Rogers oder aner Materialien benotzt.

schafen Problemer

Wearable PCB erfuerdert méi streng Impedanzkontrolle. Dëst ass e wichtege Faktor fir wearable Apparater. Impedanzmatching kann méi propper Signaliwwerdroung produzéieren. Virdrun war d'Standard Toleranz fir Signaldroen Spuren ± 10%. Dësen Indikator ass offensichtlech net gutt genuch fir haut d'High-Frequenz an Héich-Vitesse Circuiten. Déi aktuell Ufuerderung ass ± 7%, an e puer Fäll souguer ± 5% oder manner. Dëse Parameter an aner Variablen wäerten d'Fabrikatioun vun dësen wearable PCBs mat besonnesch strikter Impedanzkontrolle eescht beaflossen, an doduerch d'Zuel vun de Geschäfter limitéieren déi se fabrizéieren kënnen.

Déi dielektresch konstant Toleranz vum Laminat aus Rogers UHF Materialien gëtt allgemeng bei ± 2% behalen, a verschidde Produkter kënne souguer ± 1% erreechen. Am Géigesaz ass déi dielektresch konstant Toleranz vum FR4 Laminat esou héich wéi 10%. Dofir, vergläicht Dës zwee Materialien kënnen fonnt ginn datt de Rogers Insertion Verloscht besonnesch niddereg ass. Am Verglach mat traditionelle FR4 Materialien sinn d'Transmissiounsverloscht an d'Insertiounsverloscht vum Rogers Stack hallef manner.

Am meeschte Fäll sinn d'Käschte déi wichtegst. Wéi och ëmmer, Rogers kënne relativ niddereg-Verloscht Héichfrequenz Laminatleistung zu engem akzeptable Präispunkt ubidden. Fir kommerziell Uwendungen kann Rogers zu engem Hybrid PCB mat epoxy-baséiert FR4 gemaach ginn, e puer Schichten vun deenen Rogers Material benotzt, an aner Schichten benotzen FR4.

Wann Dir e Rogers Stack wielt, ass d'Frequenz déi primär Iwwerleeung. Wann d'Frequenz méi wéi 500MHz ass, tendéieren PCB Designer Rogers Materialien ze wielen, besonnesch fir RF / Mikrowellkreesser, well dës Materialien méi héich Leeschtung kënne bidden wann déi iewescht Spure strikt duerch Impedanz kontrolléiert ginn.

Am Verglach mam FR4 Material kann de Rogers Material och méi nidderegen dielektresche Verloscht ubidden, a seng dielektresch Konstant ass stabil an engem breet Frequenzbereich. Zousätzlech, kann Rogers Material déi ideal niddereg Insertion Verloscht Leeschtung déi duerch héich Frequenz Operatioun néideg ass.

De Koeffizient vun der thermescher Expansioun (CTE) vu Rogers 4000 Serie Materialien huet excellent Dimensiounsstabilitéit. Dëst bedeit datt am Verglach mam FR4, wann de PCB kale, waarme a ganz waarme Reflow-Lötzyklen erliewt, kann d'thermesch Expansioun an d'Kontraktioun vum Circuit Board bei enger stabiler Limit ënner méi héijer Frequenz a méi héijer Temperaturzyklen erhale bleiwen.

Am Fall vu gemëschte Stacking ass et einfach eng gemeinsam Fabrikatiounsprozesstechnologie ze benotzen fir Rogers an High-Performance FR4 zesummen ze vermëschen, sou datt et relativ einfach ass héich Produktiounsausbezuelen z'erreechen. De Rogers Stack erfuerdert kee spezielle Virbereedungsprozess.

Gemeinsam FR4 kann net ganz zouverlässeg elektresch Leeschtung erreechen, mä héich-Performance FR4 Materialien hu gutt Zouverlässegkeet Charakteristiken, wéi méi héich Tg, nach relativ niddreg Käschten, a kann an eng breet Palette vun Uwendungen benotzt ginn, vun einfachen Audio Design ze komplex Mikrowellen Uwendungen .

RF / Mikrowell Design Iwwerleeungen

Portable Technologie a Bluetooth hunn de Wee fir RF / Mikrowellenapplikatiounen an wearable Geräter erstallt. D'Frequenzbereich vun haut gëtt ëmmer méi dynamesch. Virun e puer Joer gouf ganz héich Frequenz (VHF) als 2GHz ~ 3GHz definéiert. Awer elo kënne mir ultra-héichfrequenz (UHF) Uwendungen gesinn, rangéiert vun 10GHz bis 25GHz.

Dofir, fir de wearable PCB, erfuerdert den RF-Deel méi Opmierksamkeet op d'Verdrahtungsprobleemer, an d'Signaler solle getrennt getrennt ginn, an d'Spuren, déi Héichfrequenz Signaler generéieren, solle vum Buedem ewech gehale ginn. Aner Considératiounen enthalen: e Bypass-Filter ubidden, adäquat Ofkopplungskondensatoren, Buedem, an d'Transmissiounslinn an d'Retourlinn designen fir bal gläich ze sinn.

Bypass Filter kann de Rippleeffekt vum Geräischer Inhalt a Crosstalk ënnerdrécken. Entkopplungskondensatoren musse méi no bei den Apparatpins plazéiert ginn, déi Kraaftsignaler droen.

Héichgeschwindeg Transmissiounslinnen a Signalkreesser erfuerderen eng Buedemschicht déi tëscht de Kraaftschichtsignaler plazéiert gëtt fir de Jitter generéiert vu Geräischer Signaler ze glatten. Bei méi héije Signalgeschwindegkeete wäerte kleng Impedanz-Mëssmatcher onbalancéiert Iwwerdroung an Empfang vun Signaler verursaachen, wat zu Verzerrung resultéiert. Dofir muss besonnesch Opmierksamkeet op d'Impedanz-Matchprobleem bezuelt ginn am Zesummenhang mam Radiofrequenzsignal, well de Radiofrequenzsignal eng héich Geschwindegkeet an eng speziell Toleranz huet.

RF Iwwerdroungslinnen erfuerderen kontrolléiert Impedanz fir RF Signaler vun engem spezifesche IC Substrat op de PCB ze vermëttelen. Dës Transmissiounslinne kënnen op der äusserer Schicht, der ieweschter Schicht an der ënneschter Schicht ëmgesat ginn, oder kënnen an der Mëttelschicht entworf ginn.

D'Methoden benotzt während PCB RF Design Layout sinn microstrip Linn, Schwämm Sträif Linn, coplanar waveguide oder Buedem. D'Microstrip Linn besteet aus enger fixer Längt vu Metall oder Spuren an de ganze Buedemplang oder en Deel vum Buedemplang direkt drënner. Déi charakteristesch Impedanz an der allgemenger Mikrostrip-Linnstruktur läit tëscht 50Ω an 75Ω.

Floating Stripline ass eng aner Method fir Drot a Geräischer Ënnerdréckung. Dës Linn besteet aus fix Breet wiring op der banneschten Layer an engem grousse Buedem Fliger iwwer an ënnert der Mëtt Dirigent. De Buedemplang ass tëscht dem Kraaftfliger gesandwicht, sou datt et e ganz effektive Buedemeffekt liwwert. Dëst ass déi bevorzugt Method fir wearable PCB RF Signalverkabelung.

Coplanar Waveguide kann eng besser Isolatioun no beim RF Circuit ubidden an de Circuit dee muss méi no geréckelt ginn. Dëst Medium besteet aus engem zentrale Dirigent a Buedempläng op entweder Säit oder ënnen. De beschte Wee fir Radiofrequenzsignaler ze vermëttelen ass Sträiflinnen oder koplanar Welleleit z'ënnerbriechen. Dës zwou Methode kënne besser Isolatioun tëscht dem Signal an RF Spuren ubidden.

Et ass recommandéiert de sougenannte "via Zait" op béide Säiten vum coplanar Welleguide ze benotzen. Dës Method kann eng Rei vun Buedem vias op all Metal Buedem Fliger vum Zentrum Dirigent ginn. D'Haaptspur, déi an der Mëtt leeft, huet Fiederen op all Säit, sou datt eng Ofkierzung fir de Retourstroum op de Buedem drënner gëtt. Dës Method kann de Geräischerniveau reduzéieren, verbonne mat dem héije Rippleeffekt vum RF Signal. D'Dielektresch Konstant vu 4,5 bleift d'selwecht wéi d'FR4 Material vum Prepreg, während d'Dielektresch Konstant vum Prepreg - vu Mikrostrip, Stripline oder Offset Stripline - ongeféier 3,8 bis 3,9 ass.

An e puer Apparater, datt e Buedem Fliger benotzen, blann vias kann benotzt ginn der decoupling Leeschtung vun der Muecht capacitor ze verbesseren an engem shunt Wee vum Apparat op de Buedem. De Shuntwee op de Buedem kann d'Längt vun der Via verkierzen. Dëst kann zwee Zwecker erreechen: Dir erstellt net nëmmen e Shunt oder Buedem, awer reduzéiert och d'Transmissiounsdistanz vun Apparater mat klenge Flächen, wat e wichtege RF Designfaktor ass.