Kusabab ukuran sareng ukuran anu alit, ampir teu aya standar papan sirkuit anu dicitak pikeun pasar IoT anu tiasa dianggo. Sateuacan standar ieu kaluar, urang kedah ngandelkeun pangaweruh sareng pangalaman manufaktur anu diajar dina pamekaran tingkat dewan sareng mikirkeun kumaha nerapkeunana kana tantangan anu muncul. Aya tilu wewengkon anu merlukeun perhatian husus urang. Éta: bahan permukaan papan sirkuit, desain RF / gelombang mikro sareng jalur transmisi RF.

bahan PCB

"PCB" umumna diwangun ku laminates, nu bisa dijieun tina epoxy bertulang serat (FR4), polyimide atanapi Rogers bahan atawa bahan laminate séjén. Bahan insulasi antara lapisan anu béda disebut prepreg.

alat wearable merlukeun reliabilitas tinggi, jadi lamun désainer PCB anu Nyanghareupan pilihan ngagunakeun FR4 (bahan manufaktur PCB paling ongkos-éféktif) atawa bahan leuwih canggih tur leuwih mahal, ieu bakal jadi masalah.

Lamun aplikasi PCB wearable merlukeun-speed tinggi, bahan frékuénsi luhur, FR4 bisa jadi pilihan pangalusna. Konstanta diéléktrik (Dk) FR4 nyaéta 4,5, konstanta diéléktrik tina bahan séri Rogers 4003 anu langkung maju nyaéta 3,55, sareng konstanta diéléktrik tina séri sadulur Rogers 4350 nyaéta 3,66.

"Konstanta diéléktrik tina laminate ngarujuk kana rasio kapasitansi atanapi énergi antara sapasang konduktor caket laminate kana kapasitansi atanapi énergi antara pasangan konduktor dina vakum. Dina frékuénsi luhur, éta pangalusna mun boga leungitna leutik. Ku alatan éta, Roger 4350 kalawan konstanta diéléktrik 3,66 leuwih cocog pikeun aplikasi frékuénsi luhur batan FR4 kalawan konstanta diéléktrik 4,5.

Dina kaayaan normal, jumlah lapisan PCB pikeun alat wearable Bulan ti 4 nepi ka 8 lapisan. Prinsip konstruksi lapisan éta lamun éta hiji PCB 8-lapisan, éta kudu bisa nyadiakeun taneuh jeung kakuatan lapisan cukup jeung sandwich lapisan wiring. Ku cara kieu, pangaruh ripple dina crosstalk bisa dijaga ka minimum jeung gangguan éléktromagnétik (EMI) bisa nyata ngurangan.

Dina tahap desain perenah circuit board, rencana perenah umumna nempatkeun lapisan taneuh badag deukeut lapisan distribusi kakuatan. Ieu bisa ngabentuk éfék ripple pisan low, sarta noise sistem ogé bisa diréduksi jadi ampir nol. Ieu hususna penting pikeun subsistem frékuénsi radio.

Dibandingkeun sareng bahan Rogers, FR4 gaduh faktor dissipation anu langkung luhur (Df), khususna dina frekuensi anu luhur. Pikeun laminates FR4 kinerja luhur, nilai Df nyaeta ngeunaan 0,002, nu mangrupa urutan gedena hadé ti FR4 biasa. Sanajan kitu, tumpukan Rogers ngan 0,001 atanapi kirang. Nalika bahan FR4 dipaké pikeun aplikasi frékuénsi luhur, bakal aya béda anu signifikan dina leungitna sisipan. Leungitna sisipan dihartikeun salaku leungitna kakuatan sinyal ti titik A ka titik B nalika maké FR4, Rogers atawa bahan séjén.

nyieun masalah

PCB Wearable merlukeun kontrol impedansi stricter. Ieu mangrupikeun faktor anu penting pikeun alat anu tiasa dianggo. Impedansi cocog bisa ngahasilkeun transmisi sinyal cleaner. Saméméhna, kasabaran standar pikeun ngambah sinyal mawa ± 10%. Indikator ieu écés henteu cekap saé pikeun sirkuit frekuensi tinggi sareng gancang ayeuna. Sarat ayeuna nyaéta ± 7%, sareng dina sababaraha kasus malah ± 5% atanapi kirang. Parameter ieu sareng variabel sanésna bakal mangaruhan sacara serius kana pembuatan PCB anu tiasa dianggo ieu kalayan kontrol impedansi anu ketat, ku kituna ngabatesan jumlah usaha anu tiasa ngadamelana.

Kasabaran konstan diéléktrik tina laminate dijieunna tina bahan Rogers UHF umumna dijaga dina ± 2%, sarta sababaraha produk malah bisa ngahontal ± 1%. Kontras, kasabaran konstanta diéléktrik tina laminate FR4 saluhureun 10%. Ku alatan éta, ngabandingkeun dua bahan ieu bisa kapanggih yén leungitna sisipan Rogers utamana low. Dibandingkeun sareng bahan FR4 tradisional, leungitna transmisi sareng leungitna sisipan tumpukan Rogers satengah langkung handap.

Dina kalolobaan kasus, biaya anu paling penting. Sanajan kitu, Rogers bisa nyadiakeun rélatif low-leungitna kinerja laminate frékuénsi luhur dina hiji titik harga ditarima. Pikeun aplikasi komérsial, Saduy bisa dijieun kana PCB hibrid kalawan FR4 basis epoxy, sababaraha lapisan nu ngagunakeun bahan Rogers, sarta lapisan séjén migunakeun FR4.

Nalika milih tumpukan Rogers, frékuénsi mangrupikeun pertimbangan utama. Nalika frékuénsi ngaleuwihan 500MHz, désainer PCB condong milih bahan Saduy, hususna keur RF / sirkuit gelombang mikro, sabab bahan ieu bisa nyadiakeun kinerja luhur nalika ngambah luhur mastikeun dikawasa ku impedansi.

Dibandingkeun sareng bahan FR4, bahan Rogers ogé tiasa nyayogikeun leungitna diéléktrik anu langkung handap, sareng konstanta diéléktrikna stabil dina rentang frekuensi anu lega. Sajaba ti éta, bahan Rogers bisa nyadiakeun kinerja leungitna sisipan low idéal diperlukeun ku operasi frékuénsi luhur.

Koéfisién ékspansi termal (CTE) tina bahan séri Rogers 4000 gaduh stabilitas dimensi anu saé. Ieu ngandung harti yén dibandingkeun jeung FR4, nalika PCB nu ngalaman tiis, panas tur panas pisan siklus soldering reflow, ékspansi termal jeung kontraksi tina circuit board bisa dijaga dina wates stabil dina frékuénsi luhur sarta siklus suhu luhur.

Dina kasus tumpukan campuran, gampang ngagunakeun téknologi prosés manufaktur umum pikeun nyampur Rogers sareng FR4 berprestasi tinggi babarengan, ku kituna rélatif gampang pikeun ngahontal ngahasilkeun produksi anu luhur. The Rogers tumpukan teu merlukeun husus via prosés persiapan.

FR4 umum teu bisa ngahontal kinerja listrik pisan dipercaya, tapi-kinerja tinggi bahan FR4 boga ciri reliabiliti alus, kayaning Tg luhur, masih rélatif low ongkos, sarta bisa dipaké dina rupa-rupa aplikasi, ti desain audio basajan pikeun aplikasi gelombang mikro kompléks. .

RF / pertimbangan desain gelombang mikro

Téknologi portabel sareng Bluetooth parantos nyayogikeun jalan pikeun aplikasi RF / gelombang mikro dina alat anu tiasa dianggo. Rentang frékuénsi dinten ayeuna janten langkung dinamis. Sababaraha taun ka tukang, frékuénsi luhur pisan (VHF) diartikeun 2GHz ~ 3GHz. Tapi ayeuna urang tiasa ningali aplikasi ultra-high frequency (UHF) mimitian ti 10GHz dugi ka 25GHz.

Ku alatan éta, pikeun PCB wearable, bagian RF merlukeun leuwih perhatian kana masalah wiring, sarta sinyal kudu dipisahkeun misah, sarta ngambah nu ngahasilkeun sinyal frékuénsi luhur kudu dijauhkeun tina taneuh. Pertimbangan sanésna kalebet: nyayogikeun saringan bypass, kapasitor decoupling anu nyukupan, grounding, sareng ngarancang jalur transmisi sareng jalur balik janten ampir sami.

Saringan bypass tiasa ngirangan pangaruh ripple tina eusi bising sareng crosstalk. Kapasitor decoupling kudu ditempatkeun ngadeukeutan ka pin alat mawa sinyal kakuatan.

Jalur transmisi-speed tinggi jeung sirkuit sinyal merlukeun lapisan taneuh ditempatkeun antara sinyal lapisan kakuatan pikeun halus jitter dihasilkeun ku sinyal noise. Dina laju sinyal anu leuwih luhur, impedansi anu teu cocog bakal nyababkeun transmisi anu henteu saimbang sareng panarimaan sinyal, anu nyababkeun distorsi. Ku alatan éta, perhatian husus kudu dibayar ka masalah cocog impedansi patali jeung sinyal frékuénsi radio, sabab sinyal frékuénsi radio boga speed tinggi jeung kasabaran husus.

Jalur transmisi RF merlukeun impedansi dikawasa pikeun ngirimkeun sinyal RF ti substrat IC husus ka PCB. Jalur transmisi ieu tiasa dilaksanakeun dina lapisan luar, lapisan luhur, sareng lapisan handap, atanapi tiasa dirarancang dina lapisan tengah.

Métode anu digunakeun dina perenah desain PCB RF nyaéta garis microstrip, garis strip ngambang, waveguide coplanar atanapi grounding. Garis microstrip diwangun ku panjang tetep tina logam atawa ngambah jeung sakabéh pesawat taneuh atawa bagian tina pesawat taneuh langsung handap eta. The impedansi karakteristik dina struktur garis microstrip umum Bulan ti 50Ω mun 75Ω.

Ngambang stripline mangrupakeun metoda sejen tina wiring sarta suprési noise. garis ieu diwangun ku wiring tetep-lebar dina lapisan jero sarta pesawat taneuh badag luhur jeung handap konduktor puseur. Pesawat taneuh diapit antara pesawat kakuatan, ku kituna bisa nyadiakeun éfék grounding pohara efektif. Ieu mangrupikeun metode anu langkung dipikaresep pikeun kabel sinyal RF PCB anu tiasa dianggo.

Waveguide Coplanar tiasa nyayogikeun isolasi anu langkung saé caket sirkuit RF sareng sirkuit anu kedah dialihkeun langkung caket. Médium ieu diwangun ku konduktor sentral sareng pesawat taneuh dina dua sisi atanapi handap. Cara anu pangsaéna pikeun ngirimkeun sinyal frekuensi radio nyaéta ngagantungkeun jalur jalur atanapi pandu gelombang coplanar. Dua metode ieu tiasa nyayogikeun isolasi anu langkung saé antara sinyal sareng ngambah RF.

Disarankeun nganggo anu disebut "via pager" dina dua sisi pandu gelombang coplanar. Metoda ieu bisa nyadiakeun baris vias taneuh dina unggal pesawat taneuh logam tina konduktor puseur. Ngambah utama ngajalankeun di tengah boga pager dina saban gigir, sahingga nyadiakeun potong kompas pikeun arus balik ka taneuh handap. Metoda ieu tiasa ngirangan tingkat bising anu aya hubunganana sareng pangaruh riak anu luhur tina sinyal RF. Konstanta diéléktrik 4,5 tetep sarua jeung bahan FR4 tina prepreg, sedengkeun konstanta diéléktrik tina prepreg-tina microstrip, stripline atanapi offset stripline-kira-kira 3,8 nepi ka 3,9.

Dina sababaraha alat anu ngagunakeun pesawat taneuh, vias buta bisa dipaké pikeun ngaronjatkeun kinerja decoupling tina kapasitor kakuatan sarta nyadiakeun jalur shunt ti alat ka taneuh. Jalur shunt ka taneuh tiasa ngirangan panjang via. Ieu tiasa ngahontal dua tujuan: anjeun henteu ngan ukur nyiptakeun shunt atanapi taneuh, tapi ogé ngirangan jarak pangiriman alat-alat anu aya di daérah leutik, anu mangrupikeun faktor desain RF anu penting.