Поради малата големина и големина, скоро нема постојни стандарди за печатено коло за растечкиот пазар што се носи IoT. Пред да излезат овие стандарди, моравме да се потпреме на знаењето и производството на искуство научено во развојот на ниво на табла и да размислиме како да ги примениме на уникатни предизвици во развој. Постојат три области кои бараат нашето посебно внимание. Тие се: површински материјали на таблата, дизајн RF/микробранова печка и RF преносни линии.

PCB материјал

„ПЦБ“ генерално се состои од ламинати, кои можат да бидат изработени од епоксид засилен со влакна (FR4), полиимид или Роџерс материјали или други ламинатни материјали. Изолациониот материјал помеѓу различните слоеви се нарекува препараг.

Уредите што се носат бараат голема сигурност, така што кога дизајнерите на ПЦБ се соочуваат со избор на употреба на FR4 (најефикасен материјал за производство на PCB) или понапредни и поскапи материјали, ова ќе стане проблем.

Ако апликациите што се носат PCB бараат материјали со голема брзина, со голема фреквенција, FR4 можеби не е најдобриот избор. Диелектричната константа (DK) на FR4 е 4,5, диелектричната константа на понапредниот материјал на сериите Роџерс 4003 е 3,55, а диелектричната константа на серијата Брат Роџерс 4350 е 3,66.

„Диелектричната константа на ламинат се однесува на односот на капацитетот или енергијата помеѓу пар проводници во близина на ламинат до капацитивност или енергија помеѓу пар проводници во вакуум. На високи фреквенции, најдобро е да се има мала загуба. Затоа, Роџер 4350 со диелектрична константа од 3,66 е посоодветна за повисоки фреквенции на апликации од ФРИ4

Под нормални околности, бројот на PCB слоеви за уреди што се носат се движи од 4 до 8 слоја. Принципот на конструкција на слоеви е дека ако е 8-слој PCB, треба да може да обезбеди доволно слоеви на земја и напојување и да се издвојува слојот за жици. На овој начин, ефектот на бран во крстосница може да се задржи на минимално и електромагнетно мешање (ЕМИ) може значително да се намали.

Во фазата на дизајн на распоредот на таблата, планот за распоред е генерално да постави голем слој на земја близу до слојот за дистрибуција на напојување. Ова може да формира многу низок ефект на бран, а бучавата на системот исто така може да се намали на скоро нула. Ова е особено важно за подсистемот на радиофреквенцијата.

Во споредба со материјалот Роџерс, FR4 има повисок фактор на дисипација (DF), особено при висока фреквенција. За повисоки перформанси FR4 ламинати, вредноста на DF е околу 0,002, што е редослед на големина подобро од обичниот FR4. Сепак, оџакот на Роџерс е само 0,001 или помалку. Кога материјалот FR4 се користи за апликации со висока фреквенција, ќе има значителна разлика во загубата на вметнување. Загубата на вметнувањето е дефинирано како губење на електрична енергија од сигналот од точката А до точката Б при употреба на FR4, Роџерс или други материјали.

Создадете проблеми

PCB што може да се носи бара построга контрола на импеданса. Ова е важен фактор за уредите што се носат. Совпаѓањето на импеданса може да предизвика почист пренос на сигнал. Претходно, стандардната толеранција за траги за носење на сигнали беше 10%. Овој индикатор очигледно не е доволно добар за денешните кола со висока фреквенција и голема брзина. Тековниот услов е 7%, а во некои случаи дури и 5% или помалку. Овој параметар и другите променливи сериозно ќе влијаат на производството на овие PCB што се носат со особено строга контрола на импеданса, со што ќе се ограничи бројот на бизниси што можат да ги произведат.

Диелектричната постојана толеранција на ламинат направен од материјали на Роџерс UHF генерално се одржува на ± 2%, а некои производи можат дури и да достигнат 1%. Спротивно на тоа, диелектричната постојана толеранција на ламинат FR4 е дури 10%. Затоа, споредете ги овие два материјали може да се открие дека загубата на вметнување на Роџерс е особено мала. Во споредба со традиционалните материјали FR4, загубата на менувачот и губењето на вметнувањето на магацинот Роџерс се половина пониски.

Во повеќето случаи, цената е најважна. Сепак, Роџерс може да обезбеди релативно ниски загуби со висока фреквенција на ламинат со прифатлива цена. За комерцијални апликации, Роџерс може да се претвори во хибриден PCB со епоксиден базиран FR4, од кои некои слоеви користат Роџерс материјал, а други слоеви користат FR4.

При изборот на оџакот на Роџерс, фреквенцијата е примарно разгледување. Кога фреквенцијата надминува 500MHz, дизајнерите на PCB имаат тенденција да изберат материјали на Роџерс, особено за кола на РФ/микробранови, бидејќи овие материјали можат да обезбедат повисоки перформанси кога горните траги се строго контролирани со импеданса.

Во споредба со материјалот FR4, материјалот Роџерс исто така може да обезбеди помала загуба на диелектрик, а неговата диелектрична константа е стабилна во широк опсег на фреквенција. Покрај тоа, материјалот Роџерс може да обезбеди идеални перформанси со загуба на ниско вметнување, потребни со работа со висока фреквенција.

Коефициентот на термичка експанзија (CTE) на материјалите на сериите Роџерс 4000 има одлична димензионална стабилност. Ова значи дека споредено со FR4, кога PCB се подложува на ладни, топло и многу топло циклуси на лемење, термичкото проширување и контракција на колото може да се одржи на стабилна граница под повисока фреквенција и повисока температурна циклуси.

Во случај на мешано редење, лесно е да се користи заедничка технологија на процеси на производство за да се мешаат Роџерс и FR4 со високи перформанси, така што е релативно лесно да се постигне висок принос на производство. Оџакот на Роџерс не бара посебен преку процес на подготовка.

Заедничкиот FR4 не може да постигне многу сигурни електрични перформанси, но материјалите FR4 со високи перформанси имаат добри карактеристики на сигурност, како што е повисок TG, сè уште релативно ниска цена и може да се користат во широк спектар на апликации, од едноставен аудио дизајн до комплексни микробранови апликации.

Размислувања за дизајн на РФ/микробранова печка

Преносна технологија и Bluetooth го отворија патот за RF/микробранови апликации во уредите што се носат. Денешниот опсег на фреквенција станува сè подинамичен. Пред неколку години, многу висока фреквенција (VHF) беше дефинирана како 2GHz ~ 3GHz. Но, сега можеме да видиме ултра-висока фреквенција (UHF) апликации кои се движат од 10GHz до 25GHz.

Затоа, за носениот PCB, делот на РФ бара поголемо внимание на проблемите со жици, а сигналите треба да се одделат одделно, а трагите што генерираат сигнали со висока фреквенција треба да се чуваат подалеку од земја. Другите размислувања вклучуваат: обезбедување на бајпас филтер, соодветни кондензатори за раздвојување, заземјување и дизајнирање на линијата за давањето и линијата за враќање да бидат скоро еднакви.

Филтерот за бајпас може да го потисне ефектот на бранот на содржината на бучава и крстосницата. Кондензаторите за раздвојување треба да бидат поставени поблиску до игличките на уредот кои носат сигнали за напојување.

Со голема брзина на преодни линии и сигнални кола бараат да се постави слој на земја помеѓу сигналите на слојот на напојувањето за да се изедначи треперењето создаден од сигнали за бучава. При поголема брзина на сигналот, несогласувањата на малата импеданса ќе предизвикаат неурамнотежено пренесување и прием на сигнали, што резултира во нарушување. Затоа, мора да се посвети посебно внимание на проблемот со појавување на импеданса поврзан со сигналот за радио фреквенција, бидејќи сигналот за радио фреквенција има голема брзина и посебна толеранција.

RF преносните линии бараат контролирана импеданса со цел да се пренесат RF сигнали од специфичен подлога на IC на PCB. Овие преносни линии можат да се имплементираат на надворешниот слој, горниот слој и долниот слој, или можат да бидат дизајнирани во средниот слој.

Методите што се користат за време на распоредот на дизајнот на PCB RF се микростриптивна линија, лебдечка лента, копланарна бранова кутија или заземјување. Линијата на микрострипција се состои од фиксна должина на метал или траги и целата земја на приземјето или дел од земјата рамнина директно под неа. Карактеристичната импеданса во општата структура на микрострипската линија се движи од 50Ω до 75Ω.

Пловечката струја е уште еден метод на жици и сузбивање на бучава. Оваа линија се состои од жици со фиксна ширина на внатрешниот слој и голема ментална рамнина над и под централниот проводник. Обвинетата рамнина е сендвичи меѓу енергетската рамнина, така што може да обезбеди многу ефикасен ефект на заземјување. Ова е најпосакуваниот метод за носење на жици за сигнал PCB RF.

Копланарниот бранова вода може да обезбеди подобра изолација во близина на колото RF и колото што треба да се поблиску. Овој медиум се состои од централен диригент и копнени рамнини од која било страна или подолу. Најдобар начин за пренесување на сигнали за радиофреквенција е да ги суспендирате лентите или копланските бранови. Овие два метода можат да обезбедат подобра изолација помеѓу трагите на сигналот и RF.

Се препорачува да се користи таканаречената „Виа ограда“ од двете страни на копаларна бранова вода. Овој метод може да обезбеди низа вијали на земја на секој метален подрачје на Центарот за спроводник. Главната трага што работи на средина има огради од секоја страна, со што се обезбедува кратенка за враќањето на струјата на земја подолу. Овој метод може да го намали нивото на бучава поврзано со високиот ефект на бран на сигналот RF. Диелектричната константа од 4,5 останува иста како и FR4 материјалот на препаратот, додека диелектричната константа на препаратот - од микрострипција, стриплина или офсет - е околу 3,8 до 3,9.

Кај некои уреди кои користат копнена рамнина, слепите вијали може да се користат за подобрување на перформансите на раздвојување на кондензаторот за напојување и да обезбедат патека за шант од уредот до земјата. Патеката за шант до земјата може да ја скрати должината на преку. Ова може да постигне две цели: вие не само што создавате шант или земја, туку и го намалувате растојанието на преносот на уредите со мали области, што е важен фактор за дизајн на РФ.