Për shkak të madhësisë dhe madhësisë së vogël, pothuajse nuk ka standarde ekzistuese të bordit të qarkut të shtypur për tregun në rritje të veshjes së IoT. Para se të dilnin këto standarde, ne duhej të mbështeteshim në njohuritë dhe përvojën e prodhimit të mësuar në zhvillimin e nivelit të bordit dhe të mendojmë se si t'i zbatojmë ato në sfida unike në zhvillim. Ka tre fusha që kërkojnë vëmendjen tonë të veçantë. Ato janë: Materialet sipërfaqësore të bordit të qarkut, modelimi RF/mikrovalë dhe linjat e transmetimit RF.

Material PCB

"PCB" në përgjithësi përbëhet nga petëzime, të cilat mund të bëhen nga materiale epoksi të përforcuar me fibra (FR4), polimide ose Rogers ose materiale të tjera të petëzuar. Materiali izolues midis shtresave të ndryshme quhet prepreg.

Pajisjet e veshshme kërkojnë besueshmëri të lartë, kështu që kur projektuesit e PCB përballen me zgjedhjen e përdorimit të FR4 (materiali prodhues më me kosto efektive PCB) ose materiale më të përparuara dhe më të shtrenjta, kjo do të bëhet problem.

Nëse aplikacionet e veshura PCB kërkojnë materiale me shpejtësi të lartë, me frekuencë të lartë, FR4 mund të mos jetë zgjidhja më e mirë. Konstanta dielektrike (DK) e FR4 është 4.5, konstanta dielektrike e materialit më të përparuar të serisë Rogers 4003 është 3.55, dhe konstanta dielektrike e Serisë Brother Rogers 4350 është 3.66.

"Konstanta dielektrike e një petëzuar i referohet raportit të kapacitetit ose energjisë midis një palë përcjellësish afër petëzimit në kapacitetin ose energjinë midis çiftit të përcjellësve në vakum. Në frekuenca të larta, është më mirë të keni një humbje të vogël. Prandaj, Roger 4350 me një konstante dielektrike prej 3.66 është më e përshtatshme për aplikime me frekuencë të lartë se nga Fr4 me një dielekant.

Në rrethana normale, numri i shtresave PCB për pajisjet e veshshme varion nga 4 deri në 8 shtresa. Parimi i ndërtimit të shtresave është se nëse është një PCB me 8 shtresa, ai duhet të jetë në gjendje të sigurojë shtresa të mjaftueshme të tokës dhe energjisë dhe sanduiçin e shtresës së instalimeve elektrike. Në këtë mënyrë, efekti i rreptë në kryqëzim mund të mbahet në minimum dhe ndërhyrja elektromagnetike (EMI) mund të zvogëlohet ndjeshëm.

Në fazën e projektimit të paraqitjes së bordit të qarkut, plani i paraqitjes në përgjithësi është të vendosni një shtresë të madhe tokësore afër shtresës së shpërndarjes së energjisë. Kjo mund të formojë një efekt shumë të ulët të rreptë, dhe zhurma e sistemit gjithashtu mund të reduktohet në pothuajse zero. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për nënsistemin e frekuencës së radios.

Krahasuar me materialin Rogers, FR4 ka një faktor më të lartë shpërndarjeje (DF), veçanërisht në frekuencë të lartë. Për petëzimet FR4 me performancë më të lartë, vlera DF është rreth 0.002, që është një rend i madhësisë më i mirë se FR4 i zakonshëm. Sidoqoftë, pirgja e Rogers është vetëm 0.001 ose më pak. Kur materiali FR4 përdoret për aplikime me frekuencë të lartë, do të ketë një ndryshim të rëndësishëm në humbjen e futjes. Humbja e futjes përcaktohet si humbja e energjisë së sinjalit nga pika A në pikën B kur përdorni FR4, Rogers ose materiale të tjera.

Krijoni probleme

PCB i veshur kërkon kontroll më të rreptë të rezistencës. Ky është një faktor i rëndësishëm për pajisjet e veshura. Përputhja e rezistencës mund të prodhojë transmetim të sinjalit më të pastër. Më parë, toleranca standarde për gjurmët e mbajtjes së sinjalit ishte ± 10%. Ky tregues padyshim nuk është mjaft i mirë për qarqet e sotme me frekuencë të lartë dhe me shpejtësi të lartë. Kërkesa aktuale është 7% ±, dhe në disa raste edhe ± 5% ose më pak. Ky parametër dhe variablat e tjerë do të ndikojnë seriozisht në prodhimin e këtyre PCB -ve të veshura me kontroll veçanërisht të rreptë të rezistencës, duke kufizuar kështu numrin e bizneseve që mund t'i prodhojnë ato.

Toleranca e vazhdueshme dielektrike e petëzimit të bërë nga materialet Rogers UHF në përgjithësi mbahet në 2%, dhe disa produkte madje mund të arrijnë ± 1%. Në të kundërt, toleranca e vazhdueshme dielektrike e petëzimit FR4 është aq e lartë sa 10%. Prandaj, krahasoni këto dy materiale mund të gjenden se humbja e futjes së Rogers është veçanërisht e ulët. Krahasuar me materialet tradicionale FR4, humbja e transmetimit dhe humbja e futjes së pirgut Rogers janë gjysmë më të ulëta.

Në shumicën e rasteve, kostoja është më e rëndësishmja. Sidoqoftë, Rogers mund të sigurojë performancë relativisht të ulët të laminimit me frekuencë të lartë në një pikë çmimi të pranueshme. Për aplikimet tregtare, Rogers mund të bëhet në një PCB hibride me FR4 me bazë epoksi, disa shtresa të të cilave përdorin materiale Rogers, dhe shtresa të tjera përdorin FR4.

Kur zgjidhni një pirg Rogers, frekuenca është konsiderata kryesore. Kur frekuenca tejkalon 500MHz, projektuesit e PCB kanë tendencë të zgjedhin materiale Rogers, veçanërisht për qarqet RF/mikrovalë, sepse këto materiale mund të sigurojnë performancë më të lartë kur gjurmët e sipërme kontrollohen rreptësisht nga impedanca.

Krahasuar me materialin FR4, materiali Rogers gjithashtu mund të sigurojë humbje më të ulët dielektrike, dhe konstanta e tij dielektrike është e qëndrueshme në një gamë të gjerë të frekuencës. Për më tepër, materiali Rogers mund të sigurojë performancën ideale të humbjes së futjes së ulët të kërkuar nga funksionimi i frekuencës së lartë.

Koeficienti i zgjerimit termik (CTE) të materialeve të serive Rogers 4000 ka një stabilitet të shkëlqyeshëm dimensionale. Kjo do të thotë që në krahasim me FR4, kur PCB pëson cikle bashkimi të ftohjes, të nxehtë dhe shumë të nxehtë, zgjerimi termik dhe tkurrja e tabelës së qarkut mund të mbahet në një kufi të qëndrueshëm nën cikle më të larta dhe cikle më të larta të temperaturës.

Në rastin e stacking të përzier, është e lehtë të përdoret teknologji e zakonshme e procesit të prodhimit për të përzier Rogers dhe FR4 me performancë të lartë së bashku, kështu që është relativisht e lehtë të arrihet rendimenti i lartë i prodhimit. Rogers Stack nuk kërkon një speciale përmes procesit të përgatitjes.

FR4 e zakonshme nuk mund të arrijë performancë elektrike shumë të besueshme, por materialet me performancë të lartë FR4 kanë karakteristika të mira të besueshmërisë, të tilla si TG më të lartë, akoma me kosto relativisht të ulët, dhe mund të përdoren në një gamë të gjerë aplikimesh, nga dizajni i thjeshtë audio deri tek aplikacionet komplekse të mikrovalës.

Konsideratat e Dizajnit RF/Mikrovalë

Teknologjia e lëvizshme dhe Bluetooth kanë shtruar rrugën për aplikimet RF/mikrovalë në pajisjet e veshshme. Gama e frekuencës së sotme po bëhet gjithnjë e më dinamike. Disa vjet më parë, frekuenca shumë e lartë (VHF) u përcaktua si 2GHz ~ 3GHz. Por tani ne mund të shohim aplikime me frekuencë ultra të lartë (UHF) duke filluar nga 10GHz në 25GHz.

Prandaj, për PCB-në e veshur, pjesa RF kërkon më shumë vëmendje për çështjet e instalimeve elektrike, dhe sinjalet duhet të ndahen veçmas, dhe gjurmët që gjenerojnë sinjale me frekuencë të lartë duhet të mbahen larg tokës. Konsiderata të tjera përfshijnë: sigurimin e një filtri anashkalimi, kondensatorëve adekuat të shkëputjes, tokëzimin dhe hartimin e linjës së transmetimit dhe linjës së kthimit të jetë pothuajse e barabartë.

Filtri i anashkalimit mund të shtypë efektin e rreptë të përmbajtjes së zhurmës dhe kryqëzimit. Kondensatorët e shkëputjes duhet të vendosen më afër kunjat e pajisjes që mbajnë sinjalet e energjisë.

Linjat e transmetimit me shpejtësi të lartë dhe qarqet e sinjalit kërkojnë që një shtresë tokësore të vendoset midis sinjaleve të shtresës së energjisë për të zbutur zhurmën e gjeneruar nga sinjalet e zhurmës. Me shpejtësi më të larta të sinjalit, mospërputhjet e rezistencës së vogël do të shkaktojnë transmetim të pabalancuar dhe pritje të sinjaleve, duke rezultuar në shtrembërim. Prandaj, vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet problemit të përputhjes së rezistencës në lidhje me sinjalin e frekuencës së radios, sepse sinjali i frekuencës së radios ka një shpejtësi të lartë dhe një tolerancë të veçantë.

Linjat e transmetimit RF kërkojnë rezistencë të kontrolluar në mënyrë që të transmetojnë sinjale RF nga një substrat specifik i IC në PCB. Këto linja transmetimi mund të zbatohen në shtresën e jashtme, shtresën e sipërme dhe shtresën e poshtme, ose mund të projektohen në shtresën e mesme.

Metodat e përdorura gjatë paraqitjes së projektimit PCB RF janë linja mikrostrip, linja e shiritit lundrues, shufra e valës së koplanarit ose tokëzimi. Linja e mikrostripit përbëhet nga një gjatësi fikse e metaleve ose gjurmëve dhe i gjithë rrafshi tokësor ose një pjesë e rrafshit tokësor direkt poshtë tij. Impedanca karakteristike në strukturën e përgjithshme të linjës së mikrostripit varion nga 50Ω në 75Ω.

Linja lundruese është një metodë tjetër e instalimeve elektrike dhe shtypjes së zhurmës. Kjo linjë përbëhet nga instalime elektrike me gjerësi fikse në shtresën e brendshme dhe një aeroplan të madh tokësor sipër dhe poshtë përcjellësit të qendrës. Avioni tokësor është sanduiç midis rrafshit të energjisë, kështu që mund të sigurojë një efekt tokësor shumë efektiv. Kjo është metoda e preferuar për instalime elektrike të sinjalit PCB RF të veshur.

Vala e valës së koplanarit mund të sigurojë izolim më të mirë pranë qarkut RF dhe qarkut që duhet të drejtohet më afër. Ky medium përbëhet nga një përcjellës qendror dhe aeroplanët tokësorë nga të dyja palët ose më poshtë. Mënyra më e mirë për të transmetuar sinjalet e frekuencës së radios është të pezulloni linjat e shiritave ose shiritat e valëve të koplanarit. Këto dy metoda mund të sigurojnë izolim më të mirë midis gjurmëve të sinjalit dhe RF.

Rekomandohet të përdorni të ashtuquajturën "përmes gardhit" në të dy anët e shiritit të valës së koplanarit. Kjo metodë mund të sigurojë një rresht të vias tokës në secilën rrafsh tokësor metalik të përcjellësit të qendrës. Gjurma kryesore që funksionon në mes ka gardhe në secilën anë, duke siguruar kështu një shkurtore për rrymën e kthimit në tokën më poshtë. Kjo metodë mund të zvogëlojë nivelin e zhurmës të shoqëruar me efektin e lartë të ripple të sinjalit RF. Konstanta dielektrike prej 4.5 mbetet e njëjtë me materialin FR4 të prepreg, ndërsa konstanta dielektrike e prepreg - nga mikrostripa, vija e shiritave ose stripit të kompensuar - është rreth 3.8 deri 3.9.

Në disa pajisje që përdorin një aeroplan tokësor, VIA të verbër mund të përdoren për të përmirësuar performancën e zbërthimit të kondensatorit të energjisë dhe për të siguruar një shteg shunt nga pajisja në tokë. Rruga e shunt në tokë mund të shkurtojë gjatësinë e VAJ. Kjo mund të arrijë dy qëllime: Ju jo vetëm që krijoni një shunt ose tokë, por gjithashtu zvogëloni distancën e transmetimit të pajisjeve me zona të vogla, që është një faktor i rëndësishëm i projektimit RF.