Oleh kerana saiz dan saiz yang kecil, hampir tidak ada piawaian papan litar bercetak sedia ada untuk pasaran IoT yang boleh dipakai. Sebelum piawaian ini keluar, kami terpaksa bergantung kepada pengetahuan dan pengalaman pembuatan yang dipelajari dalam pembangunan peringkat lembaga dan berfikir tentang cara menerapkannya kepada cabaran yang unik. Terdapat tiga bidang yang memerlukan perhatian khusus kami. Mereka adalah: bahan permukaan papan litar, reka bentuk RF/microwave dan talian penghantaran RF.

Bahan PCB

"PCB" umumnya terdiri daripada laminates, yang boleh diperbuat daripada epoksi bertetulang gentian (FR4), bahan polyimide atau Rogers atau bahan laminat lain. Bahan penebat di antara lapisan yang berlainan dipanggil prepreg.

Peranti yang boleh dipakai memerlukan kebolehpercayaan yang tinggi, jadi apabila pereka PCB berhadapan dengan pilihan menggunakan FR4 (bahan pembuatan PCB yang paling kos efektif) atau bahan yang lebih maju dan lebih mahal, ini akan menjadi masalah.

Sekiranya aplikasi PCB yang boleh dipakai memerlukan bahan-bahan frekuensi berkelajuan tinggi, FR4 mungkin bukan pilihan terbaik. Pemalar dielektrik (DK) FR4 adalah 4.5, pemalar dielektrik bahan siri Rogers 4003 yang lebih maju adalah 3.55, dan pemalar dielektrik siri saudara Rogers 4350 adalah 3.66.

"Pemalar dielektrik lamina merujuk kepada nisbah kapasitans atau tenaga di antara sepasang konduktor berhampiran laminate ke kapasitans atau tenaga antara pasangan konduktor dalam vakum.

Di bawah keadaan biasa, bilangan lapisan PCB untuk peranti yang boleh dipakai berkisar antara 4 hingga 8 lapisan. Prinsip pembinaan lapisan ialah jika ia adalah PCB 8-lapisan, ia sepatutnya dapat menyediakan lapisan tanah dan kuasa yang cukup dan sandwic lapisan pendawaian. Dengan cara ini, kesan riak di crosstalk boleh disimpan untuk gangguan minimum dan elektromagnet (EMI) dapat dikurangkan dengan ketara.

Dalam peringkat reka bentuk susun atur papan litar, pelan susun atur umumnya meletakkan lapisan tanah yang besar dekat dengan lapisan pengedaran kuasa. Ini boleh membentuk kesan riak yang sangat rendah, dan bunyi sistem juga boleh dikurangkan menjadi hampir sifar. Ini amat penting untuk subsistem frekuensi radio.

Berbanding dengan bahan Rogers, FR4 mempunyai faktor pelesapan yang lebih tinggi (DF), terutamanya pada frekuensi tinggi. Untuk prestasi yang lebih tinggi FR4 laminates, nilai DF adalah kira -kira 0.002, yang merupakan perintah magnitud yang lebih baik daripada FR4 biasa. Walau bagaimanapun, timbunan Rogers hanya 0.001 atau kurang. Apabila bahan FR4 digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi, terdapat perbezaan yang signifikan dalam kehilangan sisipan. Kehilangan penyisipan ditakrifkan sebagai kehilangan kuasa isyarat dari titik A ke titik B apabila menggunakan FR4, Rogers atau bahan lain.

membuat masalah

PCB yang boleh dipakai memerlukan kawalan impedans yang lebih ketat. Ini adalah faktor penting untuk peranti yang boleh dipakai. Pencocokan impedans boleh menghasilkan penghantaran isyarat bersih. Terdahulu, toleransi standard untuk isyarat yang membawa isyarat adalah ± 10%. Penunjuk ini jelas tidak cukup baik untuk litar frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi hari ini. Keperluan semasa adalah ± 7%, dan dalam beberapa kes walaupun ± 5% atau kurang. Parameter ini dan pembolehubah lain akan menjejaskan pembuatan PCB yang boleh dipakai ini dengan kawalan impedans yang sangat ketat, dengan itu mengehadkan bilangan perniagaan yang boleh mengeluarkannya.

Toleransi malar dielektrik dari lamina yang diperbuat daripada bahan Rogers UHF biasanya dikekalkan pada ± 2%, dan sesetengah produk boleh mencapai ± 1%. Sebaliknya, toleransi malar dielektrik dari lamina FR4 adalah setinggi 10%. Oleh itu, bandingkan kedua -dua bahan ini boleh didapati bahawa kehilangan penyisipan Rogers sangat rendah. Berbanding dengan bahan FR4 tradisional, kehilangan penghantaran dan kehilangan penyisipan timbunan Rogers adalah separuh lebih rendah.

Dalam kebanyakan kes, kos adalah yang paling penting. Walau bagaimanapun, Rogers dapat memberikan prestasi lamina frekuensi tinggi yang agak rendah pada titik harga yang boleh diterima. Untuk aplikasi komersil, Rogers boleh dijadikan PCB hibrid dengan FR4 berasaskan epoksi, beberapa lapisan yang menggunakan bahan Rogers, dan lapisan lain menggunakan FR4.

Apabila memilih timbunan Rogers, kekerapan adalah pertimbangan utama. Apabila kekerapan melebihi 500MHz, pereka PCB cenderung memilih bahan Rogers, terutamanya untuk litar gelombang RF/microwave, kerana bahan -bahan ini dapat memberikan prestasi yang lebih tinggi apabila jejak atas dikawal dengan ketat oleh impedans.

Berbanding dengan bahan FR4, bahan Rogers juga boleh memberikan kehilangan dielektrik yang lebih rendah, dan pemalar dielektriknya stabil dalam julat frekuensi yang luas. Di samping itu, bahan Rogers dapat memberikan prestasi kehilangan sisipan rendah yang diperlukan oleh operasi frekuensi tinggi.

Koefisien pengembangan haba (CTE) bahan siri Rogers 4000 mempunyai kestabilan dimensi yang sangat baik. Ini bermakna dibandingkan dengan FR4, apabila PCB mengalami kitaran pematerian reflow yang sejuk, panas dan sangat panas, pengembangan haba dan penguncupan papan litar boleh dikekalkan pada had yang stabil di bawah kekerapan yang lebih tinggi dan kitaran suhu yang lebih tinggi.

Dalam kes penyusunan campuran, mudah untuk menggunakan teknologi proses pembuatan biasa untuk mencampurkan Rogers dan berprestasi tinggi FR4 bersama-sama, jadi agak mudah untuk mencapai hasil pembuatan yang tinggi. Stack Rogers tidak memerlukan proses penyediaan khas.

FR4 biasa tidak dapat mencapai prestasi elektrik yang sangat dipercayai, tetapi bahan FR4 berprestasi tinggi mempunyai ciri-ciri kebolehpercayaan yang baik, seperti TG yang lebih tinggi, masih agak rendah, dan boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi, dari reka bentuk audio mudah ke aplikasi gelombang mikro yang kompleks.

Pertimbangan reka bentuk RF/microwave

Teknologi mudah alih dan Bluetooth telah membuka jalan bagi aplikasi RF/microwave dalam peranti yang boleh dipakai. Julat kekerapan hari ini menjadi semakin dinamik. Beberapa tahun yang lalu, frekuensi yang sangat tinggi (VHF) ditakrifkan sebagai 2GHz ~ 3GHz. Tetapi sekarang kita dapat melihat aplikasi frekuensi ultra tinggi (UHF) dari 10GHz hingga 25GHz.

Oleh itu, untuk PCB yang boleh dipakai, bahagian RF memerlukan lebih banyak perhatian kepada isu pendawaian, dan isyarat harus dipisahkan secara berasingan, dan jejak yang menghasilkan isyarat frekuensi tinggi harus disimpan dari tanah. Pertimbangan lain termasuk: menyediakan penapis pintasan, kapasitor decoupling yang mencukupi, asas, dan mereka bentuk talian penghantaran dan garis balik menjadi hampir sama.

Penapis pintasan boleh menekan kesan riak kandungan bunyi dan crosstalk. Kapasitor decoupling perlu diletakkan lebih dekat ke pin peranti yang membawa isyarat kuasa.

Garis penghantaran berkelajuan tinggi dan litar isyarat memerlukan lapisan tanah untuk diletakkan di antara isyarat lapisan kuasa untuk melicinkan jitter yang dihasilkan oleh isyarat bunyi. Pada kelajuan isyarat yang lebih tinggi, ketidakpadanan impedans kecil akan menyebabkan penghantaran dan penerimaan isyarat yang tidak seimbang, mengakibatkan penyimpangan. Oleh itu, perhatian khusus mesti dibayar kepada masalah pencocokan impedans yang berkaitan dengan isyarat frekuensi radio, kerana isyarat frekuensi radio mempunyai kelajuan tinggi dan toleransi khas.

Talian penghantaran RF memerlukan impedans terkawal untuk menghantar isyarat RF dari substrat IC tertentu ke PCB. Garis penghantaran ini boleh dilaksanakan pada lapisan luar, lapisan atas, dan lapisan bawah, atau boleh direka bentuk di lapisan tengah.

Kaedah yang digunakan semasa susun atur reka bentuk PCB adalah garis mikrostrip, garis jalur terapung, gelombang coplanar atau landasan. Garis mikrostrip terdiri daripada panjang logam atau jejak yang tetap dan seluruh pesawat tanah atau sebahagian daripada satah tanah di bawahnya. Impedans ciri dalam struktur garis mikrostrip umum berkisar dari 50Ω ke 75Ω.

Stripline terapung adalah satu lagi kaedah pendawaian dan penindasan bunyi. Garis ini terdiri daripada pendawaian lebar tetap pada lapisan dalaman dan satah tanah besar di atas dan di bawah konduktor pusat. Pesawat tanah diapit di antara satah kuasa, jadi ia dapat memberikan kesan asas yang sangat berkesan. Ini adalah kaedah pilihan untuk pendawaian isyarat PCB RF yang boleh dipakai.

Coplanar Waveguide boleh memberikan pengasingan yang lebih baik berhampiran litar RF dan litar yang perlu diarahkan lebih dekat. Medium ini terdiri daripada konduktor pusat dan pesawat tanah di kedua -dua belah pihak atau di bawah. Cara terbaik untuk menghantar isyarat frekuensi radio adalah untuk menggantung garis jalur atau gelombang coplanar. Kedua -dua kaedah ini dapat memberikan pengasingan yang lebih baik antara isyarat dan jejak RF.

Adalah disyorkan untuk menggunakan apa yang dipanggil "melalui pagar" di kedua-dua belah gelombang coplanar. Kaedah ini dapat memberikan deretan tanah pada setiap satah tanah logam konduktor pusat. Jejak utama yang berjalan di tengah mempunyai pagar di setiap sisi, dengan itu menyediakan jalan pintas untuk arus pulangan ke tanah di bawah. Kaedah ini dapat mengurangkan tahap bunyi yang dikaitkan dengan kesan riak tinggi isyarat RF. Pemalar dielektrik sebanyak 4.5 tetap sama dengan bahan FR4 prepreg, manakala pemalar dielektrik prepreg -dari microstrip, stripline atau mengimbangi stripline -adalah kira -kira 3.8 hingga 3.9.

Dalam sesetengah peranti yang menggunakan satah tanah, vias buta boleh digunakan untuk meningkatkan prestasi decoupling kapasitor kuasa dan menyediakan jalan shunt dari peranti ke tanah. Laluan shunt ke tanah boleh memendekkan panjang VIA. Ini boleh mencapai dua tujuan: anda bukan sahaja membuat shunt atau tanah, tetapi juga mengurangkan jarak penghantaran peranti dengan kawasan kecil, yang merupakan faktor reka bentuk RF yang penting.