ເນື່ອງຈາກຂະຫນາດແລະຂະຫນາດຂະຫນາດນ້ອຍ, ເກືອບບໍ່ມີມາດຕະຖານແຜ່ນວົງຈອນພິມທີ່ມີຢູ່ແລ້ວສໍາລັບຕະຫຼາດ IoT ທີ່ມີການຂະຫຍາຍຕົວ. ກ່ອນທີ່ມາດຕະຖານເຫຼົ່ານີ້ຈະອອກມາ, ພວກເຮົາຕ້ອງອີງໃສ່ຄວາມຮູ້ແລະປະສົບການການຜະລິດທີ່ໄດ້ຮຽນຮູ້ໃນການພັດທະນາລະດັບຄະນະກໍາມະການແລະຄິດກ່ຽວກັບວິທີທີ່ຈະນໍາໃຊ້ພວກມັນໃຫ້ກັບສິ່ງທ້າທາຍທີ່ເກີດຂື້ນ. ມີສາມຂົງເຂດທີ່ຕ້ອງການຄວາມສົນໃຈພິເສດຂອງພວກເຮົາ. ພວກເຂົາເຈົ້າແມ່ນ: ອຸປະກອນດ້ານແຜ່ນວົງຈອນ, ການອອກແບບ RF / ໄມໂຄຣເວແລະສາຍສົ່ງ RF.
ວັດສະດຸ PCB
"PCB" ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວປະກອບດ້ວຍ laminates, ເຊິ່ງອາດຈະເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸ epoxy ເສີມເສັ້ນໄຍ (FR4), polyimide ຫຼື Rogers ຫຼືວັດສະດຸ laminate ອື່ນໆ. ອຸປະກອນການ insulating ລະຫວ່າງຊັ້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນເອີ້ນວ່າ prepreg.
ອຸປະກອນ wearable ຕ້ອງການຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືສູງ, ດັ່ງນັ້ນໃນເວລາທີ່ຜູ້ອອກແບບ PCB ປະເຊີນກັບທາງເລືອກຂອງການນໍາໃຊ້ FR4 (ອຸປະກອນການຜະລິດ PCB ລາຄາຖືກທີ່ສຸດ) ຫຼືອຸປະກອນທີ່ກ້າວຫນ້າແລະລາຄາແພງກວ່າ, ນີ້ຈະກາຍເປັນບັນຫາ.
ຖ້າຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ PCB ທີ່ໃສ່ໄດ້ຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມໄວສູງ, ຄວາມຖີ່ສູງ, FR4 ອາດຈະບໍ່ເປັນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດ. ຄົງທີ່ dielectric (Dk) ຂອງ FR4 ແມ່ນ 4.5, ຄົງທີ່ dielectric ຂອງອຸປະກອນຊຸດ Rogers 4003 ກ້າວຫນ້າທາງດ້ານຫຼາຍແມ່ນ 3.55, ແລະຄ່າຄົງທີ່ dielectric ຂອງຊຸດອ້າຍ Rogers 4350 ແມ່ນ 3.66.
"ຄວາມຄົງທີ່ dielectric ຂອງ laminate ຫມາຍເຖິງອັດຕາສ່ວນຂອງ capacitance ຫຼືພະລັງງານລະຫວ່າງຄູ່ຂອງ conductors ໃກ້ laminate ກັບ capacitance ຫຼືພະລັງງານລະຫວ່າງຄູ່ຂອງ conductors ໃນສູນຍາກາດ. ໃນຄວາມຖີ່ສູງ, ມັນດີທີ່ສຸດທີ່ຈະມີການສູນເສຍຂະຫນາດນ້ອຍ. ດັ່ງນັ້ນ, Roger 4350 ທີ່ມີຄ່າຄົງທີ່ dielectric ຂອງ 3.66 ແມ່ນເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຄວາມຖີ່ສູງກວ່າ FR4 ທີ່ມີຄ່າຄົງທີ່ dielectric ຂອງ 4.5.
ພາຍໃຕ້ສະຖານະການປົກກະຕິ, ຈໍານວນຂອງຊັ້ນ PCB ສໍາລັບອຸປະກອນ wearable ຕັ້ງແຕ່ 4 ຫາ 8 ຊັ້ນ. ຫຼັກການຂອງການກໍ່ສ້າງຊັ້ນແມ່ນວ່າຖ້າມັນເປັນ PCB 8 ຊັ້ນ, ມັນຄວນຈະສາມາດສະຫນອງຊັ້ນດິນແລະພະລັງງານຢ່າງພຽງພໍແລະ sandwich ຊັ້ນສາຍໄຟ. ດ້ວຍວິທີນີ້, ຜົນກະທົບຂອງ ripple ໃນ crosstalk ສາມາດຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ເປັນຕໍາ່ສຸດທີ່ແລະການແຊກແຊງໄຟຟ້າ (EMI) ສາມາດຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ໃນຂັ້ນຕອນການອອກແບບແຜນຜັງວົງຈອນ, ແຜນຜັງໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນວາງຊັ້ນຫນ້າດິນຂະຫນາດໃຫຍ່ຢູ່ໃກ້ກັບຊັ້ນການແຈກຢາຍພະລັງງານ. ນີ້ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຜົນກະທົບ ripple ຕ່ໍາຫຼາຍ, ແລະສິ່ງລົບກວນຂອງລະບົບຍັງສາມາດຫຼຸດລົງເກືອບສູນ. ນີ້ເປັນສິ່ງສໍາຄັນໂດຍສະເພາະສໍາລັບລະບົບຍ່ອຍຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ.
ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸຂອງ Rogers, FR4 ມີປັດໃຈການແຜ່ກະຈາຍທີ່ສູງກວ່າ (Df), ໂດຍສະເພາະໃນຄວາມຖີ່ສູງ. ສໍາລັບການປະຕິບັດທີ່ສູງຂຶ້ນ FR4 laminates, ມູນຄ່າ Df ແມ່ນປະມານ 0.002, ເຊິ່ງເປັນຄໍາສັ່ງຂອງຂະຫນາດທີ່ດີກວ່າ FR4 ທໍາມະດາ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, stack ຂອງ Rogers ແມ່ນພຽງແຕ່ 0.001 ຫຼືຫນ້ອຍ. ເມື່ອວັດສະດຸ FR4 ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູງ, ຈະມີຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການສູນເສຍການແຊກ. ການສູນເສຍການແຊກແມ່ນຖືກກໍານົດວ່າເປັນການສູນເສຍພະລັງງານຂອງສັນຍານຈາກຈຸດ A ຫາຈຸດ B ເມື່ອນໍາໃຊ້ FR4, Rogers ຫຼືອຸປະກອນອື່ນໆ.
ສ້າງບັນຫາ
Wearable PCB ຕ້ອງການການຄວບຄຸມ impedance ທີ່ເຂັ້ມງວດ. ນີ້ເປັນປັດໄຈທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບອຸປະກອນ wearable. ການຈັບຄູ່ impedance ສາມາດຜະລິດການສົ່ງສັນຍານທີ່ສະອາດກວ່າ. ກ່ອນຫນ້ານີ້, ຄວາມທົນທານມາດຕະຖານສໍາລັບສັນຍານທີ່ປະຕິບັດແມ່ນ ± 10%. ຕົວຊີ້ວັດນີ້ແມ່ນແນ່ນອນບໍ່ດີພໍສໍາລັບວົງຈອນຄວາມຖີ່ແລະຄວາມໄວສູງຂອງມື້ນີ້. ຄວາມຕ້ອງການໃນປະຈຸບັນແມ່ນ ± 7%, ແລະໃນບາງກໍລະນີເຖິງແມ່ນ ± 5% ຫຼືຫນ້ອຍກວ່າ. ພາລາມິເຕີນີ້ແລະຕົວແປອື່ນໆຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການຜະລິດ PCBs ທີ່ໃສ່ໄດ້ຢ່າງຮ້າຍແຮງກັບການຄວບຄຸມ impedance ທີ່ເຄັ່ງຄັດໂດຍສະເພາະ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຈໍາກັດຈໍານວນທຸລະກິດທີ່ສາມາດຜະລິດພວກມັນໄດ້.
ຄວາມທົນທານຂອງ dielectric ຄົງທີ່ຂອງ laminate ທີ່ເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸ Rogers UHF ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຮັກສາຢູ່ທີ່ ± 2%, ແລະບາງຜະລິດຕະພັນສາມາດບັນລຸ ± 1%. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຄວາມທົນທານຕໍ່ຄົງທີ່ຂອງ dielectric ຂອງ laminate FR4 ແມ່ນສູງເຖິງ 10%. ດັ່ງນັ້ນ, ປຽບທຽບສອງອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ສາມາດພົບເຫັນວ່າການສູນເສຍການແຊກຊຶມຂອງ Rogers ແມ່ນຕໍ່າໂດຍສະເພາະ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸ FR4 ແບບດັ້ງເດີມ, ການສູນເສຍສາຍສົ່ງແລະການສູນເສຍການແຊກຂອງ Rogers stack ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າເຄິ່ງຫນຶ່ງ.
ໃນກໍລະນີຫຼາຍທີ່ສຸດ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແມ່ນສໍາຄັນທີ່ສຸດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, Rogers ສາມາດສະຫນອງການສູນເສຍຄວາມຖີ່ສູງຂອງ laminate ໃນຈຸດລາຄາທີ່ຍອມຮັບໄດ້. ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ທາງການຄ້າ, Rogers ສາມາດຖືກສ້າງເປັນ PCB ປະສົມກັບ FR4 ທີ່ອີງໃສ່ epoxy, ບາງຊັ້ນທີ່ໃຊ້ວັດສະດຸ Rogers, ແລະຊັ້ນອື່ນໆໃຊ້ FR4.
ເມື່ອເລືອກ stack Rogers, ຄວາມຖີ່ແມ່ນການພິຈາລະນາຕົ້ນຕໍ. ເມື່ອຄວາມຖີ່ເກີນ 500MHz, ຜູ້ອອກແບບ PCB ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເລືອກວັດສະດຸ Rogers, ໂດຍສະເພາະສໍາລັບວົງຈອນ RF / ໄມໂຄເວຟ, ເພາະວ່າວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ສາມາດສະຫນອງການປະຕິບັດທີ່ສູງຂຶ້ນເມື່ອຮ່ອງຮອຍເທິງຖືກຄວບຄຸມຢ່າງເຂັ້ມງວດໂດຍ impedance.
ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸ FR4, ວັດສະດຸ Rogers ຍັງສາມາດສະຫນອງການສູນເສຍ dielectric ຕ່ໍາ, ແລະຄວາມຄົງທີ່ dielectric ຂອງມັນມີຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນລະດັບຄວາມຖີ່ກ້ວາງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ອຸປະກອນການ Rogers ສາມາດສະຫນອງການປະຕິບັດການສູນເສຍການແຊກຕ່ໍາທີ່ເຫມາະສົມທີ່ຕ້ອງການໂດຍການດໍາເນີນງານຄວາມຖີ່ສູງ.
ຄ່າສໍາປະສິດຂອງການຂະຫຍາຍຄວາມຮ້ອນ (CTE) ຂອງວັດສະດຸຊຸດ Rogers 4000 ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານມິຕິທີ່ດີເລີດ. ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າເມື່ອປຽບທຽບກັບ FR4, ເມື່ອ PCB ເຂົ້າສູ່ວົງຈອນການເຊື່ອມໂລຫະ reflow ເຢັນ, ຮ້ອນແລະຮ້ອນຫຼາຍ, ການຂະຫຍາຍຄວາມຮ້ອນແລະການຫົດຕົວຂອງແຜ່ນວົງຈອນສາມາດຖືກຮັກສາໄວ້ໃນຂອບເຂດຈໍາກັດທີ່ຫມັ້ນຄົງພາຍໃຕ້ຄວາມຖີ່ແລະຮອບວຽນອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ.
ໃນກໍລະນີຂອງ stacking ປະສົມ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີຂະບວນການຜະລິດທົ່ວໄປເພື່ອປະສົມ Rogers ແລະ FR4 ປະສິດທິພາບສູງຮ່ວມກັນ, ສະນັ້ນມັນຂ້ອນຂ້າງງ່າຍທີ່ຈະບັນລຸຜົນຜະລິດສູງ. stack Rogers ບໍ່ຕ້ອງການພິເສດໂດຍຜ່ານຂະບວນການກະກຽມ.
FR4 ທົ່ວໄປບໍ່ສາມາດບັນລຸປະສິດທິພາບໄຟຟ້າທີ່ຫນ້າເຊື່ອຖືຫຼາຍ, ແຕ່ວັດສະດຸ FR4 ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງມີລັກສະນະຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖືທີ່ດີ, ເຊັ່ນ Tg ສູງກວ່າ, ຍັງມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາ, ແລະສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້ໃນຫຼາຍຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ຈາກການອອກແບບສຽງງ່າຍດາຍກັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກໄມໂຄເວຟສະລັບສັບຊ້ອນ. .
ການພິຈາລະນາການອອກແບບ RF/Microwave
ເທກໂນໂລຍີພົກພາ ແລະ Bluetooth ໄດ້ປູທາງໃຫ້ແອັບພລິເຄຊັນ RF/ໄມໂຄເວຟ ໃນອຸປະກອນທີ່ສວມໃສ່ໄດ້. ຊ່ວງຄວາມຖີ່ຂອງມື້ນີ້ກາຍເປັນແບບເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍຂຶ້ນ. ສອງສາມປີກ່ອນ, ຄວາມຖີ່ສູງຫຼາຍ (VHF) ຖືກກໍານົດເປັນ 2GHz ~ 3GHz. ແຕ່ດຽວນີ້ພວກເຮົາສາມາດເຫັນແອັບພລິເຄຊັນຄວາມຖີ່ສູງສຸດ (UHF) ຕັ້ງແຕ່ 10GHz ຫາ 25GHz.
ດັ່ງນັ້ນ, ສໍາລັບ PCB ທີ່ໃສ່ໄດ້, ພາກສ່ວນ RF ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຄວາມສົນໃຈຫຼາຍຕໍ່ບັນຫາສາຍໄຟ, ແລະສັນຍານຄວນຈະຖືກແຍກອອກຈາກກັນ, ແລະຮ່ອງຮອຍທີ່ສ້າງສັນຍານຄວາມຖີ່ສູງຄວນຈະຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ຫ່າງຈາກພື້ນດິນ. ການພິຈາລະນາອື່ນໆລວມມີ: ການສະຫນອງການກັ່ນຕອງ bypass, capacitors decoupling ພຽງພໍ, ການລົງພື້ນດິນ, ແລະການອອກແບບສາຍສົ່ງແລະສາຍສົ່ງກັບຄືນໄປບ່ອນເກືອບເທົ່າທຽມກັນ.
Bypass filter ສາມາດສະກັດກັ້ນຜົນກະທົບ ripple ຂອງເນື້ອໃນສິ່ງລົບກວນແລະ crosstalk. Decoupling capacitor ຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ວາງໄວ້ໃກ້ຊິດກັບ pins ອຸປະກອນທີ່ຖືສັນຍານພະລັງງານ.
ສາຍສົ່ງຄວາມໄວສູງແລະວົງຈອນສັນຍານຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຊັ້ນພື້ນດິນເພື່ອວາງລະຫວ່າງສັນຍານຊັ້ນພະລັງງານເພື່ອເຮັດໃຫ້ການສັ່ນສະເທືອນທີ່ເກີດຈາກສັນຍານລົບກວນ. ຢູ່ທີ່ຄວາມໄວສັນຍານທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງ impedance ຂະຫນາດນ້ອຍຈະເຮັດໃຫ້ການສົ່ງແລະການຮັບສັນຍານທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການບິດເບືອນ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວນເອົາໃຈໃສ່ເປັນພິເສດຕໍ່ບັນຫາການຈັບຄູ່ impedance ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບສັນຍານຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ, ເນື່ອງຈາກວ່າສັນຍານຄວາມຖີ່ວິທະຍຸມີຄວາມໄວສູງແລະຄວາມທົນທານພິເສດ.
ສາຍສົ່ງ RF ຕ້ອງການຄວາມຕ້ານທານທີ່ມີການຄວບຄຸມເພື່ອສົ່ງສັນຍານ RF ຈາກ substrate IC ສະເພາະໄປຫາ PCB. ສາຍສົ່ງເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຖືກປະຕິບັດໃນຊັ້ນນອກ, ຊັ້ນເທິງ, ແລະຊັ້ນລຸ່ມ, ຫຼືສາມາດອອກແບບໃນຊັ້ນກາງ.
ວິທີການທີ່ໃຊ້ໃນລະຫວ່າງການອອກແບບ PCB RF ແມ່ນເສັ້ນ microstrip, ເສັ້ນແຖບເລື່ອນ, ຄູ່ມືຄື້ນ coplanar ຫຼືສາຍດິນ. ເສັ້ນ microstrip ປະກອບດ້ວຍຄວາມຍາວຄົງທີ່ຂອງໂລຫະຫຼືຮ່ອງຮອຍແລະຍົນພື້ນດິນທັງຫມົດຫຼືບາງສ່ວນຂອງຍົນພື້ນດິນໂດຍກົງພາຍໃຕ້ມັນ. ລັກສະນະ impedance ໃນໂຄງສ້າງເສັ້ນ microstrip ທົ່ວໄປຕັ້ງແຕ່ 50Ω ຫາ 75Ω.
ແຖບເລື່ອນລອຍແມ່ນອີກວິທີໜຶ່ງຂອງສາຍໄຟ ແລະ ການສະກັດກັ້ນສຽງ. ສາຍນີ້ປະກອບດ້ວຍສາຍໄຟທີ່ມີຄວາມກວ້າງຄົງທີ່ຢູ່ໃນຊັ້ນໃນແລະຍົນພື້ນດິນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂ້າງເທິງແລະຂ້າງລຸ່ມນີ້ conductor ສູນກາງ. ຍົນພື້ນດິນແມ່ນ sandwiched ລະຫວ່າງຍົນພະລັງງານ, ສະນັ້ນມັນສາມາດສະຫນອງຜົນກະທົບຂອງດິນປະສິດທິພາບຫຼາຍ. ນີ້ແມ່ນວິທີທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບການໃສ່ສາຍສັນຍານ PCB RF.
Coplanar waveguide ສາມາດສະຫນອງການໂດດດ່ຽວທີ່ດີກວ່າຢູ່ໃກ້ກັບວົງຈອນ RF ແລະວົງຈອນທີ່ຕ້ອງການໃຫ້ເສັ້ນທາງໃກ້ຊິດ. ຂະຫນາດກາງນີ້ປະກອບດ້ວຍ conductor ກາງແລະຍົນພື້ນດິນຢູ່ຂ້າງຫຼືຂ້າງລຸ່ມ. ວິທີທີ່ດີທີ່ສຸດໃນການສົ່ງສັນຍານຄວາມຖີ່ວິທະຍຸແມ່ນການລະງັບເສັ້ນເສັ້ນດ່າງຫຼື coplanar waveguides. ທັງສອງວິທີການນີ້ສາມາດສະຫນອງການໂດດດ່ຽວທີ່ດີກວ່າລະຫວ່າງສັນຍານແລະການຕິດຕາມ RF.
ມັນແນະນໍາໃຫ້ໃຊ້ອັນທີ່ເອີ້ນວ່າ "ຜ່ານຮົ້ວ" ໃນທັງສອງດ້ານຂອງ waveguide coplanar. ວິທີການນີ້ສາມາດສະຫນອງແຖວຂອງຫນ້າດິນຜ່ານຍົນແຕ່ລະແຜ່ນດິນໂລຫະຂອງ conductor ສູນກາງ. ຮ່ອງຮອຍຕົ້ນຕໍທີ່ແລ່ນຢູ່ກາງມີຮົ້ວຢູ່ແຕ່ລະດ້ານ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສະຫນອງທາງລັດສໍາລັບກະແສໄຟຟ້າກັບຄືນສູ່ພື້ນດິນຂ້າງລຸ່ມນີ້. ວິທີການນີ້ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນລະດັບສິ່ງລົບກວນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບຜົນກະທົບ ripple ສູງຂອງສັນຍານ RF. ຄວາມຄົງທີ່ຂອງ dielectric ຂອງ 4.5 ຍັງຄົງຄືກັນກັບວັດສະດຸ FR4 ຂອງ prepreg, ໃນຂະນະທີ່ຄ່າຄົງທີ່ dielectric ຂອງ prepreg - ຈາກ microstrip, stripline ຫຼື offset stripline - ແມ່ນປະມານ 3.8 ຫາ 3.9.
ໃນບາງອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ຍົນພື້ນດິນ, blind vias ອາດຈະຖືກໃຊ້ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ decoupling ຂອງ capacitor ພະລັງງານແລະສະຫນອງເສັ້ນທາງ shunt ຈາກອຸປະກອນກັບດິນ. ເສັ້ນທາງ shunt ກັບຫນ້າດິນສາມາດເຮັດໃຫ້ຄວາມຍາວຂອງທາງຜ່ານສັ້ນລົງ. ນີ້ສາມາດບັນລຸຈຸດປະສົງສອງຢ່າງ: ທ່ານບໍ່ພຽງແຕ່ສ້າງ shunt ຫຼືຫນ້າດິນ, ແຕ່ຍັງຫຼຸດຜ່ອນໄລຍະການສົ່ງຂອງອຸປະກອນທີ່ມີພື້ນທີ່ຂະຫນາດນ້ອຍ, ເຊິ່ງເປັນປັດໃຈການອອກແບບ RF ທີ່ສໍາຄັນ.