På grunn av liten størrelse og størrelse er det nesten ingen eksisterende trykte kretskortstandarder for det voksende bærbare IoT -markedet. Før disse standardene kom ut, måtte vi stole på kunnskaps- og produksjonsopplevelsen som ble lært i utviklingsnivåutvikling og tenke på hvordan vi kan bruke dem på unike nye utfordringer. Det er tre områder som krever vår spesielle oppmerksomhet. De er: Overflatematerialer for kretskort, RF/mikrobølgeovn og RF -overføringslinjer.

PCB -materiale

“PCB” består vanligvis av laminater, som kan være laget av fiberforsterket epoksy (FR4), polyimid eller Rogers-materialer eller andre laminatmaterialer. Det isolerende materialet mellom de forskjellige lagene kalles et prepreg.

Bærbare enheter krever høy pålitelighet, så når PCB-designere blir møtt med valget av å bruke FR4 (det mest kostnadseffektive PCB-produksjonsmaterialet) eller mer avanserte og dyrere materialer, vil dette bli et problem.

Hvis bærbare PCB-applikasjoner krever høyhastighets, høyfrekvente materialer, er kanskje ikke det beste valget. Den dielektriske konstanten (DK) til FR4 er 4,5, den dielektriske konstanten til det mer avanserte Rogers 4003 -seriematerialet er 3,55, og den dielektriske konstanten til Brother Series Rogers 4350 er 3,66.

“Den dielektriske konstanten til et laminat refererer til forholdet mellom kapasitansen eller energien mellom et par ledere nær laminatet til kapasitansen eller energien mellom ledetelparet i vakuum. Ved høye frekvenser er det best å ha et lite tap.

Under normale omstendigheter varierer antallet PCB -lag for bærbare enheter fra 4 til 8 lag. Prinsippet om lagkonstruksjon er at hvis det er en 8-lags PCB, skal den kunne gi nok malte og kraftlag og sandwich ledningslaget. På denne måten kan ringvirkningen i krysning holdes på et minimum og elektromagnetisk interferens (EMI) kan reduseres betydelig.

I designstadiet for kretskortoppsett er oppsettplanen generelt å plassere et stort bakkelag nær strømfordelingslaget. Dette kan danne en veldig lav ringvirkning, og systemstøyen kan også reduseres til nesten null. Dette er spesielt viktig for radiofrekvensundersystemet.

Sammenlignet med Rogers -materiale har FR4 en høyere dissipasjonsfaktor (DF), spesielt ved høy frekvens. For høyere ytelse FR4 -laminater er DF -verdien omtrent 0,002, som er en størrelsesorden bedre enn vanlig FR4. Imidlertid er Rogers 'stabel bare 0,001 eller mindre. Når FR4 -materiale brukes til høyfrekvente applikasjoner, vil det være en betydelig forskjell i innsettingstap. Innsettingstap er definert som strømtapet av signalet fra punkt A til punkt B når du bruker FR4, Rogers eller andre materialer.

skape problemer

Bærbar PCB krever strengere impedansekontroll. Dette er en viktig faktor for bærbare enheter. Impedansmatching kan gi renere signaloverføring. Tidligere var standardtoleransen for signal som bærer spor ± 10%. Denne indikatoren er tydeligvis ikke god nok for dagens høye frekvens- og høyhastighetskretser. Gjeldende krav er ± 7%, og i noen tilfeller til og med ± 5% eller mindre. Denne parameteren og andre variabler vil alvorlig påvirke fremstillingen av disse bærbare PCB -ene med spesielt streng impedansekontroll, og dermed begrense antall virksomheter som kan produsere dem.

Den dielektriske konstante toleransen for laminatet laget av Rogers UHF -materialer opprettholdes generelt til ± 2%, og noen produkter kan til og med nå ± 1%. I kontrast er den dielektriske konstante toleransen for FR4 -laminatet så høy som 10%. Sammenlign disse to materialene kan derfor bli funnet at Rogers 'innsettingstap er spesielt lavt. Sammenlignet med tradisjonelle FR4 -materialer, er overføringstapet og innsettingstapet av Rogers -stabelen halvt lavere.

I de fleste tilfeller er kostnadene det viktigste. Imidlertid kan Rogers gi relativt lavt taps høyfrekvent laminatytelse til et akseptabelt prispunkt. For kommersielle applikasjoner kan Rogers gjøres til en hybrid PCB med epoksybasert FR4, noen lag bruker Rogers-materiale, og andre lag bruker FR4.

Når du velger en Rogers -stabel, er frekvens den primære vurderingen. Når frekvensen overstiger 500MHz, har PCB -designere en tendens til å velge Rogers -materialer, spesielt for RF/mikrobølgeovnkretser, fordi disse materialene kan gi høyere ytelse når de øvre sporene er strengt kontrollert av impedans.

Sammenlignet med FR4 -materiale, kan Rogers -materiale også gi lavere dielektrisk tap, og dens dielektriske konstant er stabil i et bredt frekvensområde. I tillegg kan Rogers -materiale gi den ideelle ytelsen med lav innsettingstap som kreves av høyfrekvente drift.

Koeffisienten for termisk ekspansjon (CTE) av Rogers 4000 -seriematerialer har utmerket dimensjonell stabilitet. Dette betyr at sammenlignet med FR4, når PCB gjennomgår kalde, varme og veldig varme refow -loddingssykluser, kan den termiske ekspansjonen og sammentrekningen av kretskortet opprettholdes med en stabil grense under høyere frekvens og sykluser med høyere temperatur.

Når det gjelder blandet stabling, er det enkelt å bruke vanlig produksjonsprosessteknologi for å blande rogers og høyytelses FR4 sammen, så det er relativt enkelt å oppnå høyt produksjonsutbytte. Rogers -stabelen krever ikke en spesiell via forberedelsesprosess.

Vanlige FR4 kan ikke oppnå veldig pålitelig elektrisk ytelse, men høyytelses-FR4-materialer har gode pålitelighetsegenskaper, for eksempel høyere TG, fremdeles relativt lave kostnader, og kan brukes i et bredt spekter av applikasjoner, fra enkel lyddesign til komplekse mikrobølgeapplikasjoner.

RF/mikrobølgeovn designhensyn

Bærbar teknologi og Bluetooth har banet vei for RF/mikrobølgeovn -applikasjoner på bærbare enheter. Dagens frekvensområde blir mer og mer dynamisk. For noen år siden ble veldig høy frekvens (VHF) definert som 2GHz ~ 3GHz. Men nå kan vi se ultrahøy frekvens (UHF) applikasjoner fra 10 GHz til 25GHz.

Derfor, for den bærbare PCB, krever RF-delen mer oppmerksomhet på ledningsproblemene, og signalene bør skilles separat, og sporene som genererer høyfrekvente signaler bør holdes borte fra bakken. Andre hensyn inkluderer: å gi et bypass -filter, tilstrekkelige avkoblingskondensatorer, jording og utforming av overføringslinjen og returlinjen til å være nesten lik.

Omkjøringsfilter kan undertrykke ringvirkningen av støyinnhold og krysstale. Avkoblingskondensatorer må plasseres nærmere enhetspinnene som bærer strømsignaler.

Høyhastighetsoverføringslinjer og signalkretser krever et jordlag som skal plasseres mellom kraftlagssignalene for å glatte jitteret generert av støysignaler. Ved høyere signalhastigheter vil små impedans -misforhold føre til ubalansert overføring og mottak av signaler, noe som resulterer i forvrengning. Derfor må spesiell oppmerksomhet rettes mot impedansmatchingsproblemet relatert til radiofrekvenssignalet, fordi radiofrekvenssignalet har en høy hastighet og en spesiell toleranse.

RF -overføringslinjer krever kontrollert impedans for å overføre RF -signaler fra et spesifikt IC -underlag til PCB. Disse overføringslinjene kan implementeres på det ytre laget, topplaget og bunnlaget, eller kan utformes i mellomlaget.

Metodene som brukes under PCB RF -designoppsett er mikrostripelinje, flytende stripelinje, koplanær bølgeleder eller jording. Mikrostripslinjen består av en fast lengde på metall eller spor og hele bakkeplanet eller en del av bakkeplanet rett under den. Den karakteristiske impedansen i den generelle mikrostripslinjestrukturen varierer fra 50Ω til 75Ω.

Flytende striklelin er en annen metode for ledninger og støyundertrykkelse. Denne linjen består av ledninger med fast bredde på det indre laget og et stort bakkeplan over og under midtlederen. Jordplanet er klemt mellom kraftplanet, så det kan gi en veldig effektiv jordingseffekt. Dette er den foretrukne metoden for bærbare PCB RF -signalkabling.

Coplanar Waveguide kan gi bedre isolasjon i nærheten av RF -kretsen og kretsen som må føres nærmere. Dette mediet består av en sentral leder og bakkeplan på hver side eller under. Den beste måten å overføre radiofrekvenssignaler er å suspendere stripelinjer eller koplanære bølgeledere. Disse to metodene kan gi bedre isolasjon mellom signalet og RF -sporene.

Det anbefales å bruke den såkalte "via gjerde" på begge sider av den koplanære bølgelederen. Denne metoden kan gi en rad med bakkevias på hvert metall bakkeplan av midtlederen. Hovedsporet som kjører i midten har gjerder på hver side, og gir dermed en snarvei for returstrømmen til bakken nedenfor. Denne metoden kan redusere støynivået forbundet med den høye ringvirkningen av RF -signalet. Den dielektriske konstanten på 4,5 forblir den samme som FR4 -materialet til prepreg, mens den dielektriske konstanten til prepregen - fra mikrostrip, striklin eller forskjøvet striplin - er omtrent 3,8 til 3,9.

I noen enheter som bruker et bakkeplan, kan blinde vias brukes til å forbedre avkoblingsytelsen til strømkondensatoren og gi en shuntsti fra enheten til bakken. Shuntstien til bakken kan forkorte lengden på Via. Dette kan oppnå to formål: Du skaper ikke bare en shunt eller grunn, men reduserer også overføringsavstanden til enheter med små områder, som er en viktig RF -designfaktor.