På grunn av den lille størrelsen og størrelsen er det nesten ingen eksisterende standarder for trykte kretskort for det voksende IoT-markedet for bærbare. Før disse standardene kom ut, måtte vi stole på kunnskapen og produksjonserfaringen vi lærte i utvikling på styrenivå og tenke på hvordan vi skulle bruke dem på unike nye utfordringer. Det er tre områder som krever vår spesiell oppmerksomhet. De er: kretskortoverflatematerialer, RF/mikrobølgedesign 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. Isolasjonsmaterialet mellom de forskjellige lagene kalles en prepreg.

bærbare enheter krever høy pålitelighet, så når PCB-designere står overfor valget om 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 FR4 kanskje ikke det beste valget. Dielektrisitetskonstanten (Dk) til FR4 er 4,5, dielektrisitetskonstanten til det mer avanserte materialet i Rogers 4003-serien er 3,55, og dielektrisitetskonstanten til Brother-serien Rogers 4350 er 3,66.

"Den dielektriske konstanten til et laminat refererer til forholdet mellom kapasitansen eller energien mellom et par ledere nær laminatet og kapasitansen eller energien mellom lederparet i vakuum. Ved høye frekvenser er det best å ha et lite tap. Derfor er Roger 4350 med en dielektrisk konstant på 3,66 mer egnet for høyere frekvensapplikasjoner enn FR4 med en dielektrisk konstant på 4,5.

Under normale omstendigheter varierer antallet PCB-lag for bærbare enheter fra 4 til 8 lag. Prinsippet for lagkonstruksjon er at hvis det er et 8-lags PCB, skal det kunne gi nok jord- og strømlag og legge inn ledningslaget. På denne måten kan ringvirkningen i krysstale holdes på et minimum og elektromagnetisk interferens (EMI) kan reduseres betydelig.

I designstadiet for kretskortlayout er layoutplanen vanligvis å plassere et stort jordlag nær kraftfordelingslaget. Dette kan gi en svært lav ringvirkning, og systemstøyen kan også reduseres til nesten null. Dette er spesielt viktig for radiofrekvensdelsystemet.

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

skape problemer

Bærbare PCB krever strengere impedanskontroll. Dette er en viktig faktor for bærbare enheter. Impedanstilpasning kan gi renere signaloverføring. Tidligere var standardtoleransen for signalbærende spor ±10 %. Denne indikatoren er åpenbart ikke god nok for dagens høyfrekvente og høyhastighetskretser. Gjeldende krav er ±7 %, og i noen tilfeller til og med ±5 % eller mindre. Denne parameteren og andre variabler vil alvorlig påvirke produksjonen av disse bærbare PCB-ene med spesielt streng impedanskontroll, og dermed begrense antallet virksomheter som kan produsere dem.

Den dielektriske konstanttoleransen til laminatet laget av Rogers UHF-materialer opprettholdes generelt på ±2 %, og noen produkter kan til og med nå ±1 %. Derimot er den dielektriske konstanttoleransen til FR4-laminatet så høy som 10 %. Sammenlign derfor. Disse to materialene kan se at Rogers' innsettingstap er spesielt lavt. Sammenlignet med tradisjonelle FR4-materialer er overføringstapet og innsettingstapet til Rogers-stakken halvparten lavere.

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

Når du velger en Rogers-stack, er frekvens den primære vurderingen. Når frekvensen overstiger 500MHz, har PCB-designere en tendens til å velge Rogers-materialer, spesielt for RF/mikrobølgekretser, 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 lavt innsettingstap som kreves ved høyfrekvent drift.

Termisk utvidelseskoeffisient (CTE) til Rogers 4000-seriens materialer har utmerket dimensjonsstabilitet. Dette betyr at sammenlignet med FR4, når kretskortet gjennomgår kalde, varme og svært varme reflow-loddesykluser, kan den termiske ekspansjonen og sammentrekningen av kretskortet opprettholdes på en stabil grense under sykluser med høyere frekvens og 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-stakken krever ingen spesiell forberedelsesprosess.

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

RF/mikrobølgedesignhensyn

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

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

Bypass-filter kan undertrykke ringvirkningen av støyinnhold og krysstale. Frakoblingskondensatorer må plasseres nærmere enhetens pinner som bærer strømsignaler.

Høyhastighets overføringslinjer og signalkretser krever at et jordlag plasseres mellom kraftlagets signaler for å jevne ut jitteren som genereres av støysignaler. Ved høyere signalhastigheter vil små impedansfeil forårsake ubalansert overføring og mottak av signaler, noe som resulterer i forvrengning. Derfor må spesiell oppmerksomhet rettes mot impedanstilpasningsproblemet knyttet til radiofrekvenssignalet, fordi radiofrekvenssignalet har høy hastighet og en spesiell toleranse.

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

Metodene som brukes under PCB RF-designlayout er mikrostriplinje, flytende stripelinje, koplanar bølgeleder eller jording. Mikrostriplinjen består av en fast lengde av metall eller spor og hele jordplanet eller en del av jordplanet rett under det. Den karakteristiske impedansen i den generelle mikrostrip-linjestrukturen varierer fra 50Ω til 75Ω.

Flytende stripline er en annen metode for kabling og støydemping. Denne ledningen består av ledninger med fast bredde på det indre laget og et stort jordplan over og under senterlederen. Jordplanet er klemt mellom kraftplanet, slik at det kan gi en veldig effektiv jordingseffekt. Dette er den foretrukne metoden for bærbar PCB RF-signalledning.

Coplanar bølgeleder kan gi bedre isolasjon nær RF-kretsen og kretsen som må rutes nærmere. Dette mediet består av en sentral leder og jordplan på hver side eller under. Den beste måten å overføre radiofrekvenssignaler på er å suspendere stripelinjer eller koplanare bølgeledere. Disse to metodene kan gi bedre isolasjon mellom signal- og RF-sporene.

Det anbefales å bruke det såkalte "via gjerdet" på begge sider av den koplanare bølgelederen. Denne metoden kan gi en rad med jordingsveier på hvert jordplan av metall i senterlederen. Hovedsporet som går i midten har gjerder på hver side, og gir dermed en snarvei for returstrømmen til bakken under. Denne metoden kan redusere støynivået knyttet til den høye ringvirkningen til RF-signalet. Dielektrisitetskonstanten på 4,5 forblir den samme som FR4-materialet til prepreg, mens dielektrisitetskonstanten til prepreg - fra mikrostrip, stripline eller offset stripline - er omtrent 3,8 til 3,9.

I noen enheter som bruker et jordplan, kan blinde vias brukes for å forbedre frakoblingsytelsen til strømkondensatoren og gi en shuntbane fra enheten til bakken. Shuntveien til bakken kan forkorte lengden på viaen. Dette kan oppnå to formål: du lager ikke bare en shunt eller jord, men reduserer også overføringsavstanden til enheter med små områder, som er en viktig RF-designfaktor.