Për shkak të madhësisë dhe madhësisë së vogël, pothuajse nuk ka standarde ekzistuese të bordit të qarkut të printuar për tregun në rritje të IoT-ve të veshur. Përpara se të dilnin këto standarde, ne duhej të mbështeteshim në njohuritë dhe përvojën e prodhimit të mësuar në zhvillimin në nivel bordi dhe të mendonim se si t'i zbatonim ato në sfidat unike në zhvillim. Janë tre fusha që kërkojnë vëmendjen tonë të veçantë. Ato janë: materialet e sipërfaqes së bordit të qarkut, dizajni RF/mikrovalë dhe linjat e transmetimit RF.

Materiali PCB

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

Pajisjet që vishen kërkojnë besueshmëri të lartë, kështu që kur projektuesit e PCB-ve përballen me zgjedhjen e përdorimit të FR4 (materiali më i lirë për prodhimin e PCB-ve) ose materialeve më të avancuara dhe më të shtrenjta, kjo do të bëhet problem.

Nëse aplikacionet e PCB-ve të veshura kërkojnë materiale me shpejtësi të lartë dhe 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 avancuar të serisë Rogers 4003 është 3.55 dhe konstanta dielektrike e serisë së vëllait Rogers 4350 është 3.66.

"Konstanta dielektrike e një laminati i referohet raportit të kapacitetit ose energjisë midis një çifti përcjellësish pranë petëzimit me kapacitetin ose energjinë midis çiftit të përçuesve 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 i përshtatshëm për aplikime me frekuencë më të lartë se FR4 me një konstante dielektrike prej 4.5.

Në rrethana normale, numri i shtresave PCB për pajisjet e veshura varion nga 4 në 8 shtresa. Parimi i ndërtimit të shtresës është që nëse është një PCB me 8 shtresa, duhet të jetë në gjendje të sigurojë shtresa të mjaftueshme të tokës dhe fuqisë dhe të vendosë shtresën e instalimeve elektrike. Në këtë mënyrë, efekti i valëzimit në ndërlidhje mund të mbahet në minimum dhe ndërhyrja elektromagnetike (EMI) mund të reduktohet ndjeshëm.

Në fazën e projektimit të paraqitjes së tabelës së qarkut, plani i paraqitjes është përgjithësisht vendosja e një shtrese të madhe tokësore afër shtresës së shpërndarjes së energjisë. Kjo mund të formojë një efekt valëzim shumë të ulët dhe zhurma e sistemit gjithashtu mund të reduktohet pothuajse në zero. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për nënsistemin e radiofrekuencave.

Krahasuar me materialin Rogers, FR4 ka një faktor më të lartë shpërndarjeje (Df), veçanërisht në frekuencë të lartë. Për laminatet FR4 me performancë më të lartë, vlera Df është rreth 0.002, që është një renditje e madhësisë më e mirë se FR4 e zakonshme. 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 fuqisë së sinjalit nga pika A në pikën B kur përdoret FR4, Rogers ose materiale të tjera.

krijojnë probleme

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

Toleranca konstante dielektrike e petëzimit të bërë nga materialet Rogers UHF përgjithësisht mbahet në ±2%, dhe disa produkte mund të arrijnë edhe ±1%. Në të kundërt, toleranca konstante dielektrike e petëzuar FR4 është deri në 10%. Prandaj, krahasoni këto dy materiale mund të zbulohet 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. Megjithatë, Rogers mund të sigurojë performancë të petëzuar me frekuencë të lartë me humbje relativisht të ulët dhe me një çmim të pranueshëm. Për aplikime komerciale, Rogers mund të bëhet një PCB hibrid me FR4 me bazë epokside, disa shtresa të së cilës përdorin material Rogers dhe shtresa të tjera përdorin FR4.

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

Krahasuar me materialin FR4, materiali Rogers mund të sigurojë gjithashtu humbje më të ulët dielektrike dhe konstanta e tij dielektrike është e qëndrueshme në një gamë të gjerë frekuencash. Përveç kësaj, materiali Rogers mund të sigurojë performancën ideale të humbjes së ulët të futjes që kërkohet nga funksionimi me frekuencë të lartë.

Koeficienti i zgjerimit termik (CTE) i materialeve të serisë Rogers 4000 ka qëndrueshmëri të shkëlqyer dimensionale. Kjo do të thotë se krahasuar me FR4, kur PCB i nënshtrohet cikleve të saldimit me rifluks të ftohtë, të nxehtë dhe shumë të nxehtë, zgjerimi termik dhe tkurrja e tabelës së qarkut mund të mbahet në një kufi të qëndrueshëm nën ciklet me frekuencë më të lartë dhe temperaturë më të lartë.

Në rastin e grumbullimit të përzier, është e lehtë të përdoret teknologjia 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 rendiment i lartë prodhimi. Rafti i Rogers nuk kërkon një proces të veçantë përgatitjeje.

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

Konsideratat e dizajnit RF/Mikrovalë

Teknologjia portative dhe Bluetooth kanë hapur rrugën për aplikimet RF/mikrovalë në pajisjet e veshura. Gama e frekuencave të sotme po bëhet gjithnjë e më dinamike. Disa vite më parë, frekuenca shumë e lartë (VHF) u përcaktua si 2GHz~3GHz. Por tani mund të shohim aplikacione me frekuencë ultra të lartë (UHF) që variojnë nga 10 GHz në 25 GHz.

Prandaj, për PCB-në e veshur, pjesa RF kërkon më shumë vëmendje ndaj çështjeve të 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 anashkalues, kondensatorë adekuat të shkëputjes, tokëzimin dhe projektimin e linjës së transmetimit dhe linjës së kthimit që të jenë pothuajse të barabarta.

Filtri i anashkalimit mund të shtypë efektin e valëzimit të përmbajtjes së zhurmës dhe ndërlidhjes. Kondensatorët e shkëputjes duhet të vendosen më afër kunjave të pajisjes që mbajnë sinjale të 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 nervozizmin e krijuar nga sinjalet e zhurmës. Në shpejtësi më të larta të sinjalit, mospërputhjet e vogla të rezistencës do të shkaktojnë transmetim dhe marrje të pabalancuar të sinjaleve, duke rezultuar në shtrembërim. Prandaj, vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet problemit të përputhjes së rezistencës që lidhet me sinjalin e radiofrekuencës, sepse sinjali i radiofrekuencës 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 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 të PCB RF janë linja mikrostrip, linja e shiritit lundrues, valeguide coplanar ose tokëzimi. Linja mikrostrip përbëhet nga një gjatësi fikse metali ose gjurmësh dhe nga i gjithë rrafshi i tokës ose një pjesë e rrafshit të tokës drejtpërdrejt nën të. Impedanca karakteristike në strukturën e përgjithshme të linjës së mikrostripeve varion nga 50Ω deri në 75Ω.

Linja me shirit lundrues 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 rrafsh i madh tokëzues sipër dhe poshtë përcjellësit qendror. Rrafshi i tokës është i vendosur midis rrafshit të fuqisë, kështu që mund të sigurojë një efekt tokëzimi shumë efektiv. Kjo është metoda e preferuar për instalimet elektrike të sinjalit RF të veshur me PCB.

Drejtuesi valor koplanar 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 plane tokësore në të dyja anët ose poshtë. Mënyra më e mirë për të transmetuar sinjale të radiofrekuencës është pezullimi i linjave të shiritit ose valëve koplanare. Këto dy metoda mund të ofrojnë izolim më të mirë midis gjurmëve të sinjalit dhe RF.

Rekomandohet përdorimi i të ashtuquajturit "nëpërmjet gardhit" në të dy anët e valëzuesit koplanar. Kjo metodë mund të sigurojë një rresht të rrugëve të tokës në çdo rrafsh metalik të tokëzimit të përcjellësit qendror. Gjurma kryesore që kalon në mes ka gardhe në secilën anë, duke siguruar kështu një shkurtore për rrymën e kthimit në tokë poshtë. Kjo metodë mund të zvogëlojë nivelin e zhurmës që lidhet me efektin e lartë të valëzimit të sinjalit RF. Konstanta dielektrike prej 4.5 mbetet e njëjtë me materialin FR4 të prepreg-it, ndërsa konstanta dielektrike e prepreg-ut - nga mikrostrip, stripline ose stripline offset - është rreth 3.8 në 3.9.

Në disa pajisje që përdorin një plan tokëzues, mund të përdoren via të verbër për të përmirësuar performancën e shkëputjes së kondensatorit të energjisë dhe për të siguruar një shteg devijimi nga pajisja në tokë. Rruga e shuntit në tokë mund të shkurtojë gjatësinë e via-s. Kjo mund të arrijë dy qëllime: ju jo vetëm që krijoni një shunt ose tokëzim, por gjithashtu zvogëloni distancën e transmetimit të pajisjeve me zona të vogla, që është një faktor i rëndësishëm i projektimit RF.