Из -за небольшого размера и размера почти нет существующих стандартов печатной платы для растущего носимого рынка IoT. До того, как эти стандарты вышли, нам пришлось полагаться на знания и опыт производства, полученные в разработке на уровне совета директоров, и подумать о том, как применить их к уникальным возникающим проблемам. Есть три области, которые требуют нашего особого внимания. Это: материалы поверхности поверхности платы, RF/микроволновая печь и линии радиочастотной передачи.

Материал печатной платы

«ПХБ», как правило, состоит из ламинатов, которые могут быть изготовлены из эпоксидной смолы (FR4), полиимид или Роджерса или других ламинатных материалов. Изолирующий материал между различными слоями называется преоретом.

Носимые устройства требуют высокой надежности, поэтому, когда дизайнеры печатных плат сталкиваются с выбором использования FR4 (наиболее экономически эффективного производственного материала PCB) или более продвинутых и более дорогих материалов, это станет проблемой.

Если носимые приложения для печатных плат требуют высокоскоростных, высокочастотных материалов, FR4 может быть не лучшим выбором. Диэлектрическая постоянная (DK) FR4 составляет 4,5, диэлектрическая постоянная материала серии Rogers 4003 составляет 3,55, а диэлектрическая постоянная серии брат Rogers 4350 - 3,66.

«Диэлектрическая постоянная ламината относится к соотношению емкости или энергии между парой проводников вблизи ламината к емкости или энергии между парой проводников в вакууме. На высоких частотах лучше всего иметь небольшую потерю. Следовательно, Roger 4350 с диэлектрической константой 3,66 - более подходящей для более высокой частоты, чем FR4 с Dielectric Constant of 3,66, более подходящей для более высокой частоты, чем FR4 с DEELECTRIC CONSANTANTINTANT, более высокой частоты.

При нормальных обстоятельствах количество слоев печатной платы для носимых устройств колеблется от 4 до 8 слоев. Принцип конструкции слоя состоит в том, что если это 8-слойная печатная плата, он должен быть в состоянии обеспечить достаточное количество слоев грунта и мощности и сэндвич слой проводки. Таким образом, эффект пульсации в перекрестных помещениях может быть сведен к минимальному, а электромагнитное помехи (EMI) может быть значительно уменьшено.

На стадии проектирования планировки платы план макета, как правило, состоит в том, чтобы поместить большой слой заземления вблизи слоя распределения мощности. Это может сформировать очень низкий эффект пульсации, а шум системного шума также может быть уменьшен почти до нуля. Это особенно важно для радиочастотной подсистемы.

По сравнению с материалом Роджерса, FR4 имеет более высокий коэффициент диссипации (DF), особенно на высокой частоте. Для более высокой производительности FR4 Laminates значение DF составляет около 0,002, что на порядок лучше, чем обычный FR4. Тем не менее, стек Роджерса составляет всего 0,001 или менее. Когда материал FR4 используется для высокочастотных применений, в потери вставки будет значительная разница. Потеря вставки определяется как потеря мощности сигнала от точки A в точку B при использовании FR4, Rogers или других материалов.

создать проблемы

Носимая печатная плата требует более строгого контроля импеданса. Это важный фактор для носимых устройств. Сопоставление импеданса может создать более чистый сигнал передачи сигнала. Ранее стандартная допуск на следы переноса сигнала составляла ± 10%. Этот показатель, очевидно, недостаточно хорош для сегодняшних высокочастотных и высокоскоростных цепей. Текущее требование составляет ± 7%, а в некоторых случаях даже ± 5% или менее. Этот параметр и другие переменные будут серьезно повлиять на производство этих носимых ПХБ с особенно строгим контролем импеданса, что ограничивает количество предприятий, которые могут их производить.

Диэлектрическая постоянная толерантность ламината из материалов Rogers UHF, как правило, поддерживается на уровне ± 2%, а некоторые продукты могут даже достигать ± 1%. Напротив, диэлектрическая постоянная толерантность ламината FR4 достигает 10%. Следовательно, сравните эти два материала, можно обнаружить, что потеря вставки Роджерса особенно низкая. По сравнению с традиционными материалами FR4 потеря передачи и потери вставки стека Роджерса наполовину ниже.

В большинстве случаев стоимость является наиболее важной. Тем не менее, Роджерс может обеспечить относительно низкую высокочастотную высокочастотную производительность ламината по приемлемым ценам. Для коммерческих приложений Rogers можно превратить в гибридную печатную плату с FR4 на основе эпоксидной смолы, некоторые слои, которые используют материал Rogers, и другие слои используют FR4.

При выборе стека Роджерса частота является основным фактором. Когда частота превышает 500 МГц, дизайнеры печатных плат, как правило, выбирают материалы Rogers, особенно для радиочастотных/микроволновых цепей, поскольку эти материалы могут обеспечить более высокую производительность, когда верхние следы строго контролируются импедансом.

По сравнению с материалом FR4 материал Rogers также может обеспечить более низкие диэлектрические потери, а его диэлектрическая постоянная является стабильной в широком диапазоне частот. Кроме того, материал Rogers может обеспечить идеальную низкую производительность потери вставки, требуемую высокочастотной работой.

Коэффициент термического расширения (CTE) материалов серии Rogers 4000 обладает отличной размерной стабильностью. Это означает, что по сравнению с FR4, когда печатная плата подвергается холодным, горячим и очень горячим циклам пайки, тепловое расширение и сокращение платы мощности можно поддерживать при стабильном пределе при более высокой частоте и циклах более высокой температуры.

В случае смешанной укладки легко использовать технологию общих производственных процессов для смешивания Rogers и высокоэффективного FR4 вместе, поэтому относительно легко достичь высокой производительности. Стек Rogers не требует специального процесса подготовки.

Common FR4 не может достичь очень надежной электрической производительности, но высокопроизводительные материалы FR4 имеют хорошие характеристики надежности, такие как более высокие TG, все еще относительно низкие затраты, и могут использоваться в широком спектре применений, от простого дизайна аудио до сложных микроволновых применений.

РФ/Микроволновая дизайн соображения

Портативные технологии и Bluetooth проложили путь для радиочастотных/микроволновых приложений в носимых устройствах. Сегодняшний диапазон частот становится все более динамичным. Несколько лет назад очень высокая частота (VHF) была определена как 2 ГГц ~ 3 ГГц. Но теперь мы можем увидеть приложения сверхвысокой частоты (UHF) в диапазоне от 10 ГГц до 25 ГГц.

Следовательно, для носимой печатной платы РЧ-деталь требует большего внимания к проблемам проводки, и сигналы должны быть отделены отдельно, а следы, которые генерируют высокочастотные сигналы, должны храниться вдали от земли. Другие соображения включают в себя: предоставление обходного фильтра, адекватные конструкторы развязки, заземление и проектирование линии передачи и возвращаемой линии, чтобы быть почти равными.

Обходной фильтр может подавить волновой эффект содержания шума и перекрестных помех. Развязывающие конденсаторы должны быть помещены ближе к контактам устройства с сигналами питания.

Высокоскоростные линии передачи и сигнальные схемы требуют размещения заземляющего слоя между сигналами слоя мощности, чтобы сгладить дрожание, генерируемое шумовыми сигналами. При более высоких скоростях сигнала несоответствия небольших импедансов вызовут несбалансированную передачу и прием сигналов, что приведет к искажению. Следовательно, особое внимание должно быть уделено задаче сопоставления импеданса, связанной с радиочастотным сигналом, поскольку радиочастотный сигнал имеет высокую скорость и особую допустимость.

Линии радиочастотной передачи требуют контролируемого импеданса, чтобы передавать радиочастотные сигналы из конкретного субстрата IC на печатную плату. Эти линии передачи могут быть реализованы на внешнем слое, верхнем слое и нижнем слое, или могут быть разработаны в среднем слое.

Методы, используемые во время планировки RF -конструкции, представляют собой линию микрополосков, линия плавающей полосы, копланарский волновод или заземление. Линия микрополосков состоит из фиксированной длины металла или трассов, а также всей плоскости заземления или части плоскости заземления прямо под ним. Характерный импеданс в общей структуре линии микрополосков варьируется от 50 Ом до 75 Ом.

Плавающая стрип -линия - еще один метод проводки и подавления шума. Эта линия состоит из проводки с фиксированной шириной на внутреннем слое и большой заземляющей плоскости над и под центральным проводником. Наземная плоскость зажат между плоскостью питания, поэтому она может обеспечить очень эффективный эффект заземления. Это предпочтительный метод для носимой проводки сигнала RF PCB.

Копланарский волновод может обеспечить лучшую изоляцию вблизи РЧ -цепи и цепь, которая должна быть направлена ​​ближе. Эта среда состоит из центрального дирижера и основных плоскостей с обеих сторон или внизу. Лучший способ передать радиочастотные сигналы - это приостановить линии полосовых линий или копланарных волноводов. Эти два метода могут обеспечить лучшую изоляцию между сигнальными и радиочастотными следами.

Рекомендуется использовать так называемый «через забор» по обе стороны копланарского волновода. Этот метод может обеспечить ряд заземления на каждой металлической плоскости центрального проводника. Основная трасса, работающая в середине, имеет заборы с каждой стороны, что обеспечивает ярлык для тока возврата на землю внизу. Этот метод может снизить уровень шума, связанный с высоким воздействием радиочастотного сигнала. Диэлектрическая постоянная 4,5 остается такой же, как и материал FR4 препгера, в то время как диэлектрическая постоянная препгера - от микрополосков, линии стриптиза или смещения полосы - составляет от 3,8 до 3,9.

В некоторых устройствах, которые используют заземляющую плоскость, для улучшения производительности конденсатора мощности могут использоваться слепые VIAS и обеспечить шунтирующий путь от устройства к земле. Шунт -путь к земле может сократить длину VIA. Это может достичь двух целей: вы не только создаете шунт или землю, но и уменьшаете расстояние передачи устройств с небольшими областями, что является важным фактором дизайна РФ.