लहान आकार आणि आकारामुळे, वाढत्या घालण्यायोग्य आयओटी बाजारासाठी जवळजवळ कोणतेही विद्यमान मुद्रित सर्किट बोर्ड मानक नाहीत. हे मानक बाहेर येण्यापूर्वी, आम्हाला बोर्ड-स्तरीय विकासामध्ये शिकलेल्या ज्ञान आणि उत्पादनाच्या अनुभवावर अवलंबून रहावे लागले आणि त्यांना अद्वितीय उदयोन्मुख आव्हानांवर कसे लागू करावे याबद्दल विचार करावा लागला. अशी तीन क्षेत्रे आहेत ज्यांना आमचे विशेष लक्ष आवश्यक आहे. ते आहेत: सर्किट बोर्ड पृष्ठभाग सामग्री, आरएफ/मायक्रोवेव्ह डिझाइन आणि आरएफ ट्रान्समिशन लाइन.

पीसीबी सामग्री

“पीसीबी” मध्ये सामान्यत: लॅमिनेट्स असतात, जे फायबर-प्रबलित इपॉक्सी (एफआर 4), पॉलिमाइड किंवा रॉजर्स मटेरियल किंवा इतर लॅमिनेट सामग्रीपासून बनविलेले असू शकतात. वेगवेगळ्या थरांमधील इन्सुलेटिंग सामग्रीस प्रीप्रेग म्हणतात.

घालण्यायोग्य उपकरणांना उच्च विश्वसनीयता आवश्यक असते, म्हणून जेव्हा पीसीबी डिझाइनर्सना एफआर 4 (सर्वात कमी प्रभावी पीसीबी उत्पादन सामग्री) किंवा अधिक प्रगत आणि अधिक महागड्या सामग्री वापरण्याच्या निवडीचा सामना करावा लागतो तेव्हा ही एक समस्या बनेल.

घालण्यायोग्य पीसीबी अनुप्रयोगांना हाय-स्पीड, उच्च-वारंवारता सामग्रीची आवश्यकता असल्यास, एफआर 4 ही सर्वोत्तम निवड असू शकत नाही. एफआर 4 चे डायलेक्ट्रिक कॉन्स्टन्ट (डीके) 4.5 आहे, अधिक प्रगत रॉजर्स 4003 मालिका सामग्रीची डायलेक्ट्रिक स्थिरता 3.55 आहे, आणि ब्रदर सीरिज रॉजर्स 4350 ची डायलेक्ट्रिक स्थिर 3.66 आहे.

“लॅमिनेटचा डायलेक्ट्रिक स्थिरता व्हॅक्यूममधील कंडक्टरच्या जोडी दरम्यान लॅमिनेटच्या जवळील कंडक्टरच्या जोडीमधील कॅपेसिटन्स किंवा उर्जेचे प्रमाण दर्शवते. उच्च फ्रिक्वेन्सीवर, कमी तोटा होणे चांगले आहे. म्हणूनच, rectic 3.66 च्या स्थिरतेसह del 4350० अधिक योग्य आहे.

सामान्य परिस्थितीत, घालण्यायोग्य उपकरणांसाठी पीसीबी थरांची संख्या 4 ते 8 थरांपर्यंत असते. लेयर कन्स्ट्रक्शनचे सिद्धांत असे आहे की जर ते 8-लेयर पीसीबी असेल तर ते पुरेसे ग्राउंड आणि पॉवर लेयर्स आणि वायरिंग लेयर सँडविच प्रदान करण्यास सक्षम असावे. अशाप्रकारे, क्रॉस्टल्कमधील लहरी प्रभाव कमीतकमी ठेवला जाऊ शकतो आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप (ईएमआय) लक्षणीय प्रमाणात कमी केला जाऊ शकतो.

सर्किट बोर्ड लेआउट डिझाइन स्टेजमध्ये, लेआउट योजना सामान्यत: उर्जा वितरण थर जवळ एक मोठा ग्राउंड लेयर ठेवण्याची असते. हे खूपच कमी लहरी प्रभाव तयार करू शकते आणि सिस्टमचा आवाज देखील जवळजवळ शून्य पर्यंत कमी केला जाऊ शकतो. हे विशेषतः रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सबसिस्टमसाठी महत्वाचे आहे.

रॉजर्स मटेरियलच्या तुलनेत, एफआर 4 मध्ये उच्च अपव्यय घटक (डीएफ) असतो, विशेषत: उच्च वारंवारतेवर. उच्च कार्यक्षमतेसाठी एफआर 4 लॅमिनेट्ससाठी, डीएफ मूल्य सुमारे 0.002 आहे, जे सामान्य एफआर 4 पेक्षा चांगले आहे. तथापि, रॉजर्सचा स्टॅक केवळ 0.001 किंवा त्यापेक्षा कमी आहे. जेव्हा उच्च वारंवारता अनुप्रयोगांसाठी एफआर 4 मटेरियल वापरली जाते, तेव्हा अंतर्भूत तोट्यात महत्त्वपूर्ण फरक असेल. एफआर 4, रॉजर्स किंवा इतर सामग्री वापरताना बिंदू ए ते पॉईंट बी पर्यंतच्या सिग्नलची उर्जा तोटा म्हणून इन्सर्टेशन तोटा परिभाषित केला जातो.

समस्या निर्माण करा

घालण्यायोग्य पीसीबीला कठोर प्रतिबाधा नियंत्रण आवश्यक आहे. घालण्यायोग्य उपकरणांसाठी हा एक महत्त्वाचा घटक आहे. प्रतिबाधा जुळणी क्लिनर सिग्नल ट्रान्समिशन तयार करू शकते. यापूर्वी, सिग्नल वाहून नेणार्‍या ट्रेससाठी मानक सहिष्णुता ± 10%होती. आजच्या उच्च-वारंवारतेसाठी आणि हाय-स्पीड सर्किट्ससाठी हे निर्देशक स्पष्टपणे चांगले नाही. सध्याची आवश्यकता ± 7% आहे आणि काही प्रकरणांमध्ये अगदी 5% किंवा त्यापेक्षा कमी आहे. हे पॅरामीटर आणि इतर व्हेरिएबल्स विशेषत: कठोर प्रतिबाधा नियंत्रणासह या घालण्यायोग्य पीसीबीच्या निर्मितीवर गंभीरपणे परिणाम करतात, ज्यामुळे त्या व्यवसायाची संख्या मर्यादित होईल जे त्या तयार करू शकतील.

रॉजर्स यूएचएफ सामग्रीपासून बनविलेल्या लॅमिनेटची डायलेक्ट्रिक स्थिर सहनशीलता सामान्यत: ± 2%ठेवली जाते आणि काही उत्पादने ± 1%पर्यंत पोहोचू शकतात. याउलट, एफआर 4 लॅमिनेटची डायलेक्ट्रिक स्थिर सहनशीलता 10%पर्यंत जास्त आहे. म्हणूनच, या दोन सामग्रीची तुलना करा की रॉजर्सचे अंतर्भूत तोटा विशेषतः कमी आहे. पारंपारिक एफआर 4 मटेरियलच्या तुलनेत, रॉजर्स स्टॅकचे ट्रान्समिशन तोटा आणि अंतर्भूत तोटा अर्धा कमी आहे.

बहुतेक प्रकरणांमध्ये, किंमत सर्वात महत्वाची असते. तथापि, रॉजर्स स्वीकार्य किंमतीच्या बिंदूवर तुलनेने कमी-तोटा उच्च-वारंवारता लॅमिनेट कामगिरी प्रदान करू शकतात. व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी, रॉजर्सला इपॉक्सी-आधारित एफआर 4 सह हायब्रीड पीसीबीमध्ये बनविले जाऊ शकते, त्यातील काही स्तर रॉजर्स मटेरियल वापरतात आणि इतर स्तर एफआर 4 वापरतात.

रॉजर्स स्टॅक निवडताना, वारंवारता हा प्राथमिक विचार आहे. जेव्हा वारंवारता 500 मेगाहर्ट्झपेक्षा जास्त असते, तेव्हा पीसीबी डिझाइनर्स रॉजर्स मटेरियलची निवड करतात, विशेषत: आरएफ/मायक्रोवेव्ह सर्किट्ससाठी, कारण जेव्हा वरच्या ट्रेसला प्रतिबाधाद्वारे काटेकोरपणे नियंत्रित केले जाते तेव्हा ही सामग्री उच्च कार्यक्षमता प्रदान करू शकते.

एफआर 4 मटेरियलच्या तुलनेत, रॉजर्स मटेरियल कमी डायलेक्ट्रिक तोटा देखील प्रदान करू शकते आणि त्याची डायलेक्ट्रिक स्थिरता विस्तृत वारंवारता श्रेणीमध्ये स्थिर आहे. याव्यतिरिक्त, रॉजर्स मटेरियल उच्च वारंवारता ऑपरेशनद्वारे आवश्यक आदर्श कमी अंतर्भूत तोटा कार्यक्षमता प्रदान करू शकते.

रॉजर्स 4000 मालिकेच्या थर्मल एक्सपेंशन (सीटीई) च्या गुणांकात उत्कृष्ट आयामी स्थिरता आहे. याचा अर्थ असा आहे की एफआर 4 च्या तुलनेत, जेव्हा पीसीबी थंड, गरम आणि खूप गरम रिफ्लो सोल्डरिंग चक्र घेते, तेव्हा सर्किट बोर्डचे थर्मल विस्तार आणि आकुंचन उच्च वारंवारता आणि उच्च तापमान चक्र अंतर्गत स्थिर मर्यादेपर्यंत राखले जाऊ शकते.

मिश्रित स्टॅकिंगच्या बाबतीत, रॉजर्स आणि उच्च-कार्यक्षमता एफआर 4 एकत्र मिसळण्यासाठी सामान्य उत्पादन प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचा वापर करणे सोपे आहे, म्हणून उच्च उत्पादन उत्पन्न मिळविणे तुलनेने सोपे आहे. रॉजर्स स्टॅकला तयारी प्रक्रियेद्वारे विशेष आवश्यक नसते.

सामान्य एफआर 4 अत्यंत विश्वासार्ह विद्युत कामगिरी साध्य करू शकत नाही, परंतु उच्च-कार्यक्षमता एफआर 4 मटेरियलमध्ये उच्च टीजी, अद्याप तुलनेने कमी किंमत यासारखी चांगली विश्वसनीयता वैशिष्ट्ये आहेत आणि साध्या ऑडिओ डिझाइनपासून ते जटिल मायक्रोवेव्ह अनुप्रयोगांपर्यंत विस्तृत अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जाऊ शकतात.

आरएफ/मायक्रोवेव्ह डिझाइन विचार

पोर्टेबल तंत्रज्ञान आणि ब्लूटूथने घालण्यायोग्य उपकरणांमध्ये आरएफ/मायक्रोवेव्ह अनुप्रयोगांचा मार्ग मोकळा केला आहे. आजची वारंवारता श्रेणी अधिकाधिक गतिमान होत आहे. काही वर्षांपूर्वी, खूप उच्च वारंवारता (व्हीएचएफ) ची व्याख्या 2 जीएचझेड G 3GHz म्हणून केली गेली. परंतु आता आम्ही 10 जीएचझेड ते 25 जीएचझेड पर्यंतचे अल्ट्रा-हाय फ्रीक्वेंसी (यूएचएफ) अनुप्रयोग पाहू शकतो.

म्हणूनच, घालण्यायोग्य पीसीबीसाठी, आरएफ भागासाठी वायरिंगच्या समस्यांकडे अधिक लक्ष देणे आवश्यक आहे आणि सिग्नल स्वतंत्रपणे विभक्त केले जावेत आणि उच्च-वारंवारता सिग्नल तयार करणारे ट्रेस जमिनीपासून दूर ठेवले पाहिजेत. इतर बाबींमध्ये हे समाविष्ट आहेः बायपास फिल्टर प्रदान करणे, पुरेसे डिकॉपलिंग कॅपेसिटर, ग्राउंडिंग आणि ट्रान्समिशन लाइन डिझाइन करणे आणि रिटर्न लाइन जवळजवळ समान आहे.

बायपास फिल्टर ध्वनी सामग्री आणि क्रॉस्टल्कचा लहरी प्रभाव दडपू शकतो. डिकॉपलिंग कॅपेसिटरला पॉवर सिग्नल वाहून नेणार्‍या डिव्हाइस पिनच्या जवळ ठेवणे आवश्यक आहे.

आवाज सिग्नलद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या जिटरला गुळगुळीत करण्यासाठी हाय-स्पीड ट्रान्समिशन लाइन आणि सिग्नल सर्किट्सला पॉवर लेयर सिग्नल दरम्यान एक ग्राउंड लेयर ठेवणे आवश्यक आहे. उच्च सिग्नलच्या वेगाने, लहान प्रतिबाधा जुळत नसल्यामुळे असंतुलित प्रसारण आणि सिग्नलचे स्वागत होईल, परिणामी विकृती होईल. म्हणूनच, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलशी संबंधित प्रतिबाधा जुळणार्‍या समस्येवर विशेष लक्ष दिले जाणे आवश्यक आहे, कारण रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलमध्ये उच्च वेग आणि विशेष सहिष्णुता असते.

आरएफ ट्रान्समिशन लाइनला विशिष्ट आयसी सब्सट्रेटमधून पीसीबीमध्ये आरएफ सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी नियंत्रित प्रतिबाधा आवश्यक आहे. या ट्रान्समिशन ओळी बाह्य थर, वरच्या थर आणि तळाशी थर वर लागू केल्या जाऊ शकतात किंवा मध्यम थरात डिझाइन केल्या जाऊ शकतात.

पीसीबी आरएफ डिझाइन लेआउट दरम्यान वापरल्या जाणार्‍या पद्धती मायक्रोस्ट्रिप लाइन, फ्लोटिंग स्ट्रिप लाइन, कोप्लानर वेव्हगुइड किंवा ग्राउंडिंग आहेत. मायक्रोस्ट्रिप लाइनमध्ये धातूची किंवा ट्रेसची निश्चित लांबी असते आणि संपूर्ण ग्राउंड प्लेन किंवा थेट खाली जमिनीच्या विमानाचा भाग असतो. सामान्य मायक्रोस्ट्रिप लाइन स्ट्रक्चरमधील वैशिष्ट्यपूर्ण प्रतिबाधा 50ω ते 75ω पर्यंत असते.

फ्लोटिंग स्ट्रिपलाइन ही वायरिंग आणि आवाज दडपणाची आणखी एक पद्धत आहे. या ओळीमध्ये आतील थर वर निश्चित-रुंदी वायरिंग आणि मध्यवर्ती कंडक्टरच्या वर आणि खाली एक मोठे ग्राउंड प्लेन असते. ग्राउंड प्लेन पॉवर प्लेन दरम्यान सँडविच केले जाते, जेणेकरून ते एक अतिशय प्रभावी ग्राउंडिंग प्रभाव प्रदान करू शकेल. घालण्यायोग्य पीसीबी आरएफ सिग्नल वायरिंगसाठी ही पसंतीची पद्धत आहे.

कोप्लानार वेव्हगुइड आरएफ सर्किट आणि सर्किट जवळ अधिक चांगले पृथक्करण प्रदान करू शकते ज्यास जवळ जाण्याची आवश्यकता आहे. या माध्यमात दोन्ही बाजूंनी किंवा खाली मध्यवर्ती कंडक्टर आणि ग्राउंड प्लेन असतात. रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नल प्रसारित करण्याचा उत्तम मार्ग म्हणजे पट्टी लाइन किंवा कोप्लानार वेव्हगुइड्स स्थगित करणे. या दोन पद्धती सिग्नल आणि आरएफ ट्रेस दरम्यान चांगले अलगाव प्रदान करू शकतात.

कोप्लानार वेव्हगुइडच्या दोन्ही बाजूंनी तथाकथित “कुंपण” वापरण्याची शिफारस केली जाते. ही पद्धत मध्यवर्ती कंडक्टरच्या प्रत्येक मेटल ग्राउंड प्लेनवर ग्राउंड व्हियासची एक पंक्ती प्रदान करू शकते. मध्यभागी चालू असलेल्या मुख्य ट्रेसमध्ये प्रत्येक बाजूला कुंपण असते, अशा प्रकारे खालील जमिनीवर परत येण्यासाठी शॉर्टकट प्रदान करतो. ही पद्धत आरएफ सिग्नलच्या उच्च लहरी परिणामाशी संबंधित ध्वनी पातळी कमी करू शकते. 4.5. of चा डायलेक्ट्रिक स्थिरता प्रीप्रेगच्या एफआर 4 मटेरियल प्रमाणेच राहतो, तर मायक्रोस्ट्रिप, स्ट्रिपलाइन किंवा ऑफसेट स्ट्रिपलाइनपासून प्रीप्रेगची डायलेक्ट्रिक स्थिरता सुमारे 3.8 ते 3.9 आहे.

ग्राउंड प्लेन वापरणार्‍या काही डिव्हाइसमध्ये, ब्लाइंड व्हियासचा वापर पॉवर कॅपेसिटरची डिकुलिंग कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि डिव्हाइसपासून जमिनीवर एक शंट मार्ग प्रदान करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ग्राउंडकडे जाण्याचा मार्ग वायूची लांबी लहान करू शकतो. हे दोन उद्दीष्टे साध्य करू शकते: आपण केवळ एक शंट किंवा ग्राउंड तयार करत नाही तर लहान भाग असलेल्या डिव्हाइसचे ट्रान्समिशन अंतर देखील कमी करता, जे आरएफ डिझाइन घटक आहे.