Због мале величине и величине, готово да не постоје стандарди штампаних плоча за растуће тржиште носивих ИоТ-а. Пре него што су ови стандарди изашли, морали смо да се ослонимо на знање и производно искуство стечено у развоју на нивоу одбора и размислимо о томе како да их применимо на јединствене изазове који се појављују. Постоје три области које захтевају нашу посебну пажњу. То су: површински материјали штампаних плоча, РФ/микроталасни дизајн и РФ далеководи.

ПЦБ материјал

„ПЦБ“ се углавном састоји од ламината, који могу бити направљени од епоксида ојачаног влакнима (ФР4), полиимида или Рогерс материјала или других ламинатних материјала. Изолациони материјал између различитих слојева назива се препрег.

носиви уређаји захтевају високу поузданост, тако да када дизајнери ПЦБ-а буду суочени са избором да користе ФР4 (најисплативији материјал за производњу ПЦБ-а) или напредније и скупље материјале, то ће постати проблем.

Ако ПЦБ апликације за ношење захтевају материјале велике брзине и високе фреквенције, ФР4 можда није најбољи избор. Диелектрична константа (Дк) ФР4 је 4,5, диелектрична константа напреднијег материјала серије Рогерс 4003 је 3,55, а диелектрична константа братске серије Рогерс 4350 је 3,66.

„Диелектрична константа ламината се односи на однос капацитивности или енергије између пара проводника у близини ламината и капацитивности или енергије између пара проводника у вакууму. На високим фреквенцијама, најбоље је имати мали губитак. Због тога је Рогер 4350 са диелектричном константом од 3,66 погоднији за апликације веће фреквенције од ФР4 са диелектричном константом од 4,5.

У нормалним околностима, број слојева ПЦБ-а за уређаје који се могу носити креће се од 4 до 8 слојева. Принцип конструкције слојева је да ако се ради о 8-слојној штампаној плочи, он треба да буде у стању да обезбеди довољно слојева уземљења и снаге и да уклопи слој ожичења. На овај начин, ефекат таласања у преслушавању може се свести на минимум, а електромагнетне сметње (ЕМИ) могу бити значајно смањене.

У фази пројектовања распореда штампане плоче, план распореда је генерално постављање великог слоја земље близу слоја за дистрибуцију енергије. Ово може да створи веома низак ефекат таласања, а системски шум се такође може смањити на скоро нулу. Ово је посебно важно за подсистем радио фреквенције.

У поређењу са Рогерсовим материјалом, ФР4 има већи фактор дисипације (Дф), посебно на високој фреквенцији. За ФР4 ламинате виших перформанси, вредност Дф је око 0,002, што је за ред величине боље од обичног ФР4. Међутим, Роџерсов стацк је само 0,001 или мање. Када се ФР4 материјал користи за апликације високе фреквенције, постојаће значајна разлика у губитку уметања. Губитак уметања се дефинише као губитак снаге сигнала од тачке А до тачке Б када се користе ФР4, Рогерс или други материјали.

стварају проблеме

Носиви ПЦБ захтева строжију контролу импедансе. Ово је важан фактор за уређаје који се могу носити. Усклађивање импедансе може произвести чистији пренос сигнала. Раније је стандардна толеранција за трагове преноса сигнала била ±10%. Овај индикатор очигледно није довољно добар за данашња високофреквентна и брза кола. Тренутни захтев је ±7%, ау неким случајевима чак и ±5% или мање. Овај параметар и друге варијабле ће озбиљно утицати на производњу ових носивих ПЦБ-а са посебно строгом контролом импедансе, ограничавајући на тај начин број предузећа која их могу производити.

Толеранција диелектричне константе ламината направљеног од Рогерс УХФ материјала се генерално одржава на ±2%, а неки производи могу достићи и ±1%. Насупрот томе, толеранција диелектричне константе ФР4 ламината је чак 10%. Стога, упореди. Ова два материјала може се открити да је Роџерсов губитак уметања посебно низак. У поређењу са традиционалним ФР4 материјалима, губитак преноса и уметање Рогерс стека су упола мањи.

У већини случајева, цена је најважнија. Међутим, Рогерс може да обезбеди перформансе ламината високе фреквенције са релативно малим губицима по прихватљивој цени. За комерцијалне примене, Рогерс се може направити у хибридну штампану плочу са ФР4 на бази епоксида, чији неки слојеви користе Рогерс материјал, а други слојеви користе ФР4.

Када бирате Роџерс стек, фреквенција је примарна ствар. Када фреквенција пређе 500МХз, дизајнери ПЦБ-а имају тенденцију да изаберу Рогерс материјале, посебно за РФ/микроталасна кола, јер ови материјали могу пружити веће перформансе када су горњи трагови стриктно контролисани импедансом.

У поређењу са ФР4 материјалом, Рогерс материјал такође може обезбедити мањи диелектрични губитак, а његова диелектрична константа је стабилна у широком фреквентном опсегу. Поред тога, Рогерс материјал може да обезбеди идеалне перформансе ниског губитка уметања које захтева високофреквентни рад.

Коефицијент термичке експанзије (ЦТЕ) материјала Рогерс серије 4000 има одличну стабилност димензија. То значи да у поређењу са ФР4, када ПЦБ пролази кроз циклусе хладног, врућег и веома врућег рефлов лемљења, термичко ширење и контракција плоче се може одржавати на стабилној граници под циклусима виших фреквенција и виших температура.

У случају мешовитог слагања, лако је користити уобичајену технологију производног процеса за мешање Рогерса и ФР4 високих перформанси, тако да је релативно лако постићи висок производни принос. Рогерс стог не захтева посебан процес припреме.

Уобичајени ФР4 не може постићи веома поуздане електричне перформансе, али ФР4 материјали високих перформанси имају добре карактеристике поузданости, као што је виши Тг, још увек релативно ниска цена, и могу се користити у широком спектру апликација, од једноставног аудио дизајна до сложених микроталасних апликација .

Размишљања о дизајну РФ/микроталасних пећница

Преносива технологија и Блуетоотх су утрли пут за РФ/микроталасне апликације у носивим уређајима. Данашњи опсег фреквенција постаје све динамичнији. Пре неколико година, веома висока фреквенција (ВХФ) је дефинисана као 2ГХз~3ГХз. Али сада можемо видети апликације ултра-високих фреквенција (УХФ) у распону од 10 ГХз до 25 ГХз.

Због тога, за носиву ПЦБ, РФ део захтева више пажње на проблеме ожичења, а сигнале треба одвојено одвојити, а трагове који генеришу високофреквентне сигнале треба држати даље од земље. Остала разматрања укључују: обезбеђење бајпас филтера, адекватне кондензаторе за раздвајање, уземљење и пројектовање далековода и повратног вода да буду скоро једнаки.

Бипасс филтер може да потисне ефекат таласања садржаја буке и преслушавања. Кондензатори за раздвајање морају бити постављени ближе пиновима уређаја који преносе сигнале напајања.

Преносне линије велике брзине и сигнална кола захтевају да се слој уземљења постави између сигнала слоја снаге да би се изгладио подрхтавање генерисано сигналима шума. При већим брзинама сигнала, мале неусклађености импедансе ће узроковати неуравнотежен пренос и пријем сигнала, што доводи до изобличења. Стога се посебна пажња мора посветити проблему усклађивања импедансе који се односи на радио фреквенцијски сигнал, јер радио фреквенцијски сигнал има велику брзину и посебну толеранцију.

РФ преносне линије захтевају контролисану импедансу да би преносиле РФ сигнале са специфичне ИЦ подлоге на ПЦБ. Ови далеководи могу бити имплементирани на спољашњем слоју, горњем слоју и доњем слоју, или могу бити пројектовани у средњем слоју.

Методе које се користе током ПЦБ РФ дизајна су микротракаста линија, плутајућа тракаста линија, копланарни таласовод или уземљење. Микротракаста линија се састоји од фиксне дужине метала или трагова и целе уземљене равни или дела равни уземљења директно испод ње. Карактеристична импеданса у општој микротракастој линијској структури креће се од 50Ω до 75Ω.

Плутајућа тракаста линија је још један метод ожичења и потискивања буке. Ова линија се састоји од ожичења фиксне ширине на унутрашњем слоју и велике уземљене равни изнад и испод средишњег проводника. Уземљена равнина је у сендвичу између равни за напајање, тако да може пружити веома ефикасан ефекат уземљења. Ово је пожељна метода за ожичење ПЦБ РФ сигнала који се може носити.

Копланарни таласовод може да обезбеди бољу изолацију у близини РФ кола и кола које треба усмерити ближе. Овај медијум се састоји од централног проводника и уземљења са обе стране или испод. Најбољи начин за пренос радио фреквенцијских сигнала је суспендовање тракастих линија или компланарних таласовода. Ове две методе могу обезбедити бољу изолацију између сигнала и РФ трагова.

Препоручује се коришћење такозваног „преко ограде“ са обе стране копланарног таласовода. Овај метод може да обезбеди ред уземљења на свакој металној равни уземљења централног проводника. Главни траг који се води у средини има ограде са сваке стране, чиме се обезбеђује пречица за повратну струју до земље испод. Овај метод може да смањи ниво шума повезан са високим ефектом таласања РФ сигнала. Диелектрична константа од 4,5 остаје иста као и ФР4 материјал препрега, док је диелектрична константа препрега - од микротракасте, тракасте или офсет траке - око 3,8 до 3,9.

У неким уређајима који користе уземљену раван, слепи спојеви се могу користити за побољшање перформанси раздвајања кондензатора снаге и обезбеђивање путање шанта од уређаја до земље. Путања шанта до земље може скратити дужину пролаза. Овим се могу постићи две сврхе: не само да креирате шант или уземљење, већ и смањујете даљину преноса уређаја са малим површинама, што је важан фактор РФ дизајна.