Поради малата големина и големина, речиси и да нема постоечки стандарди за печатени кола за растечкиот пазар на IoT за носење. Пред да се појават овие стандарди, моравме да се потпреме на знаењето и производственото искуство научени во развојот на ниво на одбор и да размислиме како да ги примениме на уникатни предизвици што се појавуваат. Постојат три области кои бараат наше посебно внимание. Тие се: материјали за површинска плоча, дизајн на RF/микробранови и RF далноводи.

ПХБ материјал

„ПЦБ“ генерално се состои од ламинати, кои можат да бидат направени од епоксидни армирани влакна (FR4), полиимидни или Роџерс материјали или други ламинатни материјали. Изолациониот материјал помеѓу различните слоеви се нарекува препрег.

Уредите за носење бараат висока доверливост, па кога дизајнерите на ПХБ ќе се соочат со избор да користат FR4 (најисплатлив материјал за производство на ПХБ) или понапредни и поскапи материјали, ова ќе стане проблем.

Ако апликациите за носливи PCB бараат материјали со голема брзина и висока фреквенција, FR4 можеби не е најдобриот избор. Диелектричната константа (Dk) на FR4 е 4,5, диелектричната константа на понапредниот материјал од серијата Rogers 4003 е 3,55, а диелектричната константа на братската серија Rogers 4350 е 3,66.

„Диелектричната константа на ламинатот се однесува на односот на капацитетот или енергијата помеѓу пар спроводници во близина на ламинатот до капацитетот или енергијата помеѓу парот проводници во вакуум. На високи фреквенции најдобро е да имате мала загуба. Затоа, Roger 4350 со диелектрична константа од 3,66 е посоодветен за апликации со повисока фреквенција од FR4 со диелектрична константа од 4,5.

Во нормални околности, бројот на слоеви на ПХБ за уреди што се носат се движи од 4 до 8 слоеви. Принципот на конструкција на слојот е дека ако се работи за 8-слојна ПХБ, треба да може да обезбеди доволно слоеви за заземјување и моќност и да го зафати слојот за жици. На овој начин, ефектот на бранување при разговорот може да се сведе на минимум и електромагнетните пречки (EMI) може значително да се намалат.

Во фазата на дизајнирање на распоредот на колото, планот за распоред е генерално да се постави голем заземјен слој блиску до слојот за дистрибуција на енергија. Ова може да формира многу низок ефект на бранување, а бучавата на системот исто така може да се намали на речиси нула. Ова е особено важно за потсистемот за радиофреквенција.

Во споредба со материјалот на Роџерс, FR4 има поголем фактор на дисипација (Df), особено при висока фреквенција. За FR4 ламинати со повисоки перформанси, вредноста на Df е околу 0,002, што е за ред на големина подобро од обичниот FR4. Сепак, магацинот 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 при вметнување се дефинира како загуба на моќност на сигналот од точката А до точката Б кога се користи FR4, Rogers или други материјали.

создаваат проблеми

ПХБ за носење бара построга контрола на импедансата. Ова е важен фактор за уредите што се носат. Усогласувањето на импедансата може да произведе почист пренос на сигнал. Претходно, стандардната толеранција за траги кои носат сигнал беше ± 10%. Овој индикатор очигледно не е доволно добар за денешните високофреквентни и брзи кола. Сегашното барање е ±7%, а во некои случаи дури ±5% или помалку. Овој параметар и другите променливи сериозно ќе влијаат на производството на овие ПХБ што се носат со особено строга контрола на импедансата, со што ќе се ограничи бројот на бизниси што можат да ги произведуваат.

Толеранцијата на диелектричната константа на ламинатот изработен од Rogers UHF материјали генерално се одржува на ±2%, а некои производи може да достигне дури и ±1%. Спротивно на тоа, толеранцијата на диелектричната константа на FR4 ламинатот е висока до 10%. Затоа, споредете ги Овие два материјали може да се открие дека загубата на вметнување на Роџерс е особено мала. Во споредба со традиционалните FR4 материјали, загубата во преносот и загубата на вметнување на оџакот на Rogers се половина помали.

Во повеќето случаи, цената е најважна. Сепак, Роџерс може да обезбеди перформанси на ламинатот со висока фреквенција со релативно ниска загуба по прифатлива цена. За комерцијални апликации, Rogers може да се направи во хибридна ПХБ со епоксидна база FR4, од кои некои слоеви користат Rogers материјал, а други слоеви користат FR4.

При изборот на стек Роџерс, фреквенцијата е примарна грижа. Кога фреквенцијата надминува 500 MHz, дизајнерите на ПХБ имаат тенденција да избираат материјали на Роџерс, особено за RF/микробранови кола, бидејќи овие материјали можат да обезбедат повисоки перформанси кога горните траги се строго контролирани со импеданса.

Во споредба со материјалот FR4, материјалот на Роџерс може да обезбеди и помали диелектрични загуби, а неговата диелектрична константа е стабилна во широк опсег на фреквенции. Дополнително, материјалот на Роџерс може да обезбеди идеални перформанси со мала загуба на вметнување што се бара од работењето со висока фреквенција.

Коефициентот на термичка експанзија (CTE) на материјалите од серијата Rogers 4000 има одлична димензионална стабилност. Ова значи дека во споредба со FR4, кога ПХБ е подложен на циклуси на лемење со повторно лемење со ладно, топло и многу топло, термичкото проширување и контракција на плочката може да се одржуваат на стабилна граница при циклуси со повисока фреквенција и повисока температура.

Во случај на мешано редење, лесно е да се користи вообичаената технологија на производниот процес за да се измешаат Rogers и FR4 со високи перформанси, така што е релативно лесно да се постигне висок производствен принос. За оџакот Роџерс не е потребен посебен процес на подготовка.

Обичните FR4 не можат да постигнат многу сигурни електрични перформанси, но материјалите со високи перформанси FR4 имаат добри карактеристики на доверливост, како што се повисоки Tg, сè уште релативно ниска цена и може да се користат во широк опсег на апликации, од едноставен аудио дизајн до сложени микробранови апликации .

Размислувања за дизајн на RF/микробранова печка

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

Затоа, за носливите PCB, RF делот бара поголемо внимание на проблемите со жици, а сигналите треба да се одделат посебно, а трагите што генерираат сигнали со висока фреквенција треба да се држат подалеку од земјата. Други размислувања вклучуваат: обезбедување на бајпас филтер, соодветни кондензатори за одвојување, заземјување и дизајнирање на далноводот и линијата за враќање да бидат речиси еднакви.

Заобиколниот филтер може да го потисне ефектот на бранување на содржината на бучава и разговорот. Кондензаторите за одвојување треба да се постават поблиску до пиновите на уредот што носат сигнали за напојување.

Брзите далноводи и сигналните кола бараат да се постави заземјен слој помеѓу сигналите на напојниот слој за да се изедначи треперењето што го создаваат сигналите за бучава. При повисоки брзини на сигналот, малите несовпаѓања на импедансата ќе предизвикаат неурамнотежен пренос и прием на сигнали, што ќе резултира со изобличување. Затоа, мора да се посвети посебно внимание на проблемот на усогласување на импедансата поврзан со сигналот на радиофреквенцијата, бидејќи сигналот на радиофреквенцијата има голема брзина и посебна толеранција.

RF преносните линии бараат контролирана импеданса со цел да се пренесат RF сигнали од специфична IC подлога до PCB. Овие далноводи може да се имплементираат на надворешниот слој, горниот слој и долниот слој, или може да се дизајнираат во средниот слој.

Методите што се користат при распоредот на дизајнот на PCB RF се линија на микроленти, линија на пловечки ленти, компланарен брановод или заземјување. Линијата за микроленти се состои од фиксна должина на метал или траги и целата рамнина на заземјувањето или дел од рамнината на земјата директно под неа. Карактеристичната импеданса во структурата на општата линија на микроленти се движи од 50Ω до 75Ω.

Лебдечката лента е уште еден метод за ожичување и потиснување на бучавата. Оваа линија се состои од жици со фиксна ширина на внатрешниот слој и голема рамнина за заземјување над и под централниот проводник. Рамнината за заземјување е ставена во сендвич помеѓу моќната рамнина, така што може да обезбеди многу ефикасен ефект на заземјување. Ова е најпосакуваниот метод за ожичување на РФ сигнал со PCB за носење.

Копланарниот брановод може да обезбеди подобра изолација во близина на RF колото и колото што треба да се насочи поблиску. Овој медиум се состои од централен проводник и рамнини за заземјување од двете страни или одоздола. Најдобар начин за пренос на радиофреквентни сигнали е суспендирање на ленти или компланарни брановоди. Овие два методи можат да обезбедат подобра изолација помеѓу сигналот и RF трагите.

Препорачливо е да се користи таканаречената „преку ограда“ од двете страни на компланарниот брановод. Овој метод може да обезбеди низа заземјувачи на секоја метална рамнина за заземјување на централниот проводник. Главната трага што се протега во средината има огради на секоја страна, со што се обезбедува кратенка за повратната струја до земјата долу. Овој метод може да го намали нивото на бучава поврзано со високиот ефект на бранување на RF сигналот. Диелектричната константа од 4,5 останува иста како и материјалот FR4 на препрегментот, додека диелектричната константа на препрегментот - од микролента, стриплин или офсет лента - е околу 3,8 до 3,9.

Кај некои уреди кои користат рамнина за заземјување, слепите визби може да се користат за да се подобрат перформансите на одвојување на кондензаторот за напојување и да се обезбеди патека на шант од уредот до земјата. Патеката за шант до земјата може да ја скрати должината на виа. Ова може да постигне две цели: вие не само што создавате шант или заземјување, туку и го намалувате растојанието за пренос на уредите со мали површини, што е важен фактор за дизајн на RF.