చిన్న పరిమాణం మరియు పరిమాణం కారణంగా, పెరుగుతున్న ధరించగలిగిన IoT మార్కెట్ కోసం దాదాపుగా ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ ప్రమాణాలు లేవు. ఈ ప్రమాణాలు వెలువడే ముందు, మేము బోర్డు-స్థాయి అభివృద్ధిలో నేర్చుకున్న జ్ఞానం మరియు తయారీ అనుభవంపై ఆధారపడవలసి ఉంటుంది మరియు ప్రత్యేకమైన అభివృద్ధి చెందుతున్న సవాళ్లకు వాటిని ఎలా వర్తింపజేయాలనే దాని గురించి ఆలోచించాలి. మా ప్రత్యేక శ్రద్ధ అవసరమయ్యే మూడు రంగాలు ఉన్నాయి. అవి: సర్క్యూట్ బోర్డ్ ఉపరితల పదార్థాలు, RF/మైక్రోవేవ్ డిజైన్ మరియు RF ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్లు.
PCB పదార్థం
"PCB" సాధారణంగా లామినేట్‌లను కలిగి ఉంటుంది, వీటిని ఫైబర్-రీన్‌ఫోర్స్డ్ ఎపోక్సీ (FR4), పాలిమైడ్ లేదా రోజర్స్ మెటీరియల్స్ లేదా ఇతర లామినేట్ మెటీరియల్‌లతో తయారు చేయవచ్చు. వివిధ పొరల మధ్య ఉండే ఇన్సులేటింగ్ పదార్థాన్ని ప్రిప్రెగ్ అంటారు.
ధరించగలిగిన పరికరాలకు అధిక విశ్వసనీయత అవసరం, కాబట్టి PCB డిజైనర్లు FR4 (అత్యంత ఖర్చుతో కూడుకున్న PCB తయారీ పదార్థం) లేదా మరింత అధునాతనమైన మరియు ఖరీదైన మెటీరియల్‌లను ఉపయోగించే ఎంపికను ఎదుర్కొన్నప్పుడు, ఇది సమస్యగా మారుతుంది.
ధరించగలిగే PCB అప్లికేషన్‌లకు హై-స్పీడ్, హై-ఫ్రీక్వెన్సీ మెటీరియల్స్ అవసరమైతే, FR4 ఉత్తమ ఎంపిక కాకపోవచ్చు. FR4 యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం (Dk) 4.5, మరింత అధునాతన రోజర్స్ 4003 సిరీస్ మెటీరియల్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 3.55 మరియు సోదర శ్రేణి రోజర్స్ 4350 యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 3.66.
"లామినేట్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం అనేది లామినేట్ సమీపంలోని ఒక జత కండక్టర్ల మధ్య కెపాసిటెన్స్ లేదా శక్తి యొక్క నిష్పత్తిని వాక్యూమ్‌లో కండక్టర్ల జత మధ్య కెపాసిటెన్స్ లేదా శక్తికి సూచిస్తుంది. అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద, చిన్న నష్టాన్ని కలిగి ఉండటం ఉత్తమం. అందువల్ల, విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 4.5తో FR4 కంటే 3.66 విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కలిగిన రోజర్ 4350 అధిక పౌనఃపున్య అనువర్తనాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది.
సాధారణ పరిస్థితుల్లో, ధరించగలిగే పరికరాల కోసం PCB లేయర్‌ల సంఖ్య 4 నుండి 8 లేయర్‌ల వరకు ఉంటుంది. లేయర్ నిర్మాణం యొక్క సూత్రం ఏమిటంటే అది 8-లేయర్ PCB అయితే, అది తగినంత గ్రౌండ్ మరియు పవర్ లేయర్‌లను అందించగలగాలి మరియు వైరింగ్ లేయర్‌ను శాండ్విచ్ చేయగలగాలి. ఈ విధంగా, క్రాస్‌స్టాక్‌లో అలల ప్రభావాన్ని కనిష్టంగా ఉంచవచ్చు మరియు విద్యుదయస్కాంత జోక్యం (EMI) గణనీయంగా తగ్గించబడుతుంది.
సర్క్యూట్ బోర్డ్ లేఅవుట్ డిజైన్ దశలో, లేఅవుట్ ప్లాన్ సాధారణంగా విద్యుత్ పంపిణీ పొరకు దగ్గరగా పెద్ద నేల పొరను ఉంచడం. ఇది చాలా తక్కువ అలల ప్రభావాన్ని ఏర్పరుస్తుంది మరియు సిస్టమ్ శబ్దం కూడా దాదాపు సున్నాకి తగ్గించబడుతుంది. రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సబ్‌సిస్టమ్‌కు ఇది చాలా ముఖ్యం.
రోజర్స్ మెటీరియల్‌తో పోలిస్తే, FR4 అధిక డిస్సిపేషన్ ఫ్యాక్టర్ (Df)ని కలిగి ఉంటుంది, ముఖ్యంగా అధిక ఫ్రీక్వెన్సీలో. అధిక పనితీరు FR4 లామినేట్‌ల కోసం, Df విలువ దాదాపు 0.002, ఇది సాధారణ FR4 కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది. అయితే, రోజర్స్ స్టాక్ 0.001 లేదా అంతకంటే తక్కువ మాత్రమే. అధిక పౌనఃపున్య అనువర్తనాల కోసం FR4 పదార్థాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు, చొప్పించే నష్టంలో గణనీయమైన వ్యత్యాసం ఉంటుంది. చొప్పించే నష్టం FR4, రోజర్స్ లేదా ఇతర పదార్థాలను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు పాయింట్ A నుండి పాయింట్ B వరకు సిగ్నల్ యొక్క శక్తి నష్టంగా నిర్వచించబడింది.
సమస్యలను సృష్టిస్తాయి
ధరించగలిగే PCBకి కఠినమైన ఇంపెడెన్స్ నియంత్రణ అవసరం. ధరించగలిగే పరికరాలకు ఇది ముఖ్యమైన అంశం. ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ క్లీనర్ సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అంతకుముందు, సిగ్నల్ మోసే ట్రేస్‌లకు ప్రామాణిక సహనం ±10%. ఈ సూచిక నేటి హై-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు హై-స్పీడ్ సర్క్యూట్‌లకు సరిపోదు. ప్రస్తుత అవసరం ±7%, మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో ±5% లేదా అంతకంటే తక్కువ. ఈ పరామితి మరియు ఇతర వేరియబుల్స్ ఈ ధరించగలిగే PCBల తయారీని ముఖ్యంగా కఠినమైన ఇంపెడెన్స్ నియంత్రణతో తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తాయి, తద్వారా వాటిని తయారు చేయగల వ్యాపారాల సంఖ్యను పరిమితం చేస్తుంది.
రోజర్స్ UHF పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన లామినేట్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరమైన సహనం సాధారణంగా ± 2% వద్ద నిర్వహించబడుతుంది మరియు కొన్ని ఉత్పత్తులు ± 1%కి కూడా చేరవచ్చు. దీనికి విరుద్ధంగా, FR4 లామినేట్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరమైన సహనం 10% వరకు ఉంటుంది. అందువల్ల, ఈ రెండు పదార్థాలను సరిపోల్చండి, రోజర్స్ చొప్పించే నష్టం చాలా తక్కువగా ఉందని కనుగొనవచ్చు. సాంప్రదాయ FR4 పదార్థాలతో పోలిస్తే, రోజర్స్ స్టాక్ యొక్క ప్రసార నష్టం మరియు చొప్పించే నష్టం సగం తక్కువగా ఉన్నాయి.
చాలా సందర్భాలలో, ఖర్చు చాలా ముఖ్యమైనది. అయినప్పటికీ, రోజర్స్ ఆమోదయోగ్యమైన ధర వద్ద సాపేక్షంగా తక్కువ-నష్టం అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ లామినేట్ పనితీరును అందించగలదు. వాణిజ్య అనువర్తనాల కోసం, రోజర్స్‌ను ఎపోక్సీ-ఆధారిత FR4తో హైబ్రిడ్ PCBగా తయారు చేయవచ్చు, వీటిలో కొన్ని పొరలు రోజర్స్ మెటీరియల్‌ను ఉపయోగిస్తాయి మరియు ఇతర లేయర్‌లు FR4ని ఉపయోగిస్తాయి.
రోజర్స్ స్టాక్‌ను ఎంచుకున్నప్పుడు, ఫ్రీక్వెన్సీ అనేది ప్రాథమిక పరిశీలన. పౌనఃపున్యం 500MHz కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, PCB డిజైనర్లు రోజర్స్ మెటీరియల్‌లను ఎంచుకుంటారు, ముఖ్యంగా RF/మైక్రోవేవ్ సర్క్యూట్‌ల కోసం, ఈ మెటీరియల్స్ పై జాడలు ఖచ్చితంగా ఇంపెడెన్స్ ద్వారా నియంత్రించబడినప్పుడు అధిక పనితీరును అందించగలవు.
FR4 మెటీరియల్‌తో పోలిస్తే, రోజర్స్ మెటీరియల్ తక్కువ విద్యుద్వాహక నష్టాన్ని కూడా అందిస్తుంది మరియు దాని విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం విస్తృత ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో స్థిరంగా ఉంటుంది. అదనంగా, రోజర్స్ మెటీరియల్ అధిక పౌనఃపున్యం ఆపరేషన్ ద్వారా అవసరమైన తక్కువ చొప్పించే నష్ట పనితీరును అందించగలదు.
రోజర్స్ 4000 సిరీస్ మెటీరియల్స్ యొక్క థర్మల్ ఎక్స్‌పాన్షన్ (CTE) గుణకం అద్భుతమైన డైమెన్షనల్ స్టెబిలిటీని కలిగి ఉంది. దీని అర్థం FR4తో పోలిస్తే, PCB చల్లని, వేడి మరియు చాలా వేడిగా ఉండే రీఫ్లో టంకం చక్రాలకు గురైనప్పుడు, సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క ఉష్ణ విస్తరణ మరియు సంకోచం అధిక పౌనఃపున్యం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత చక్రాల కింద స్థిరమైన పరిమితిలో నిర్వహించబడతాయి.
మిశ్రమ స్టాకింగ్ విషయంలో, రోజర్స్ మరియు అధిక-పనితీరు గల FR4ను కలపడానికి సాధారణ తయారీ ప్రక్రియ సాంకేతికతను ఉపయోగించడం సులభం, కాబట్టి అధిక ఉత్పాదక దిగుబడిని సాధించడం చాలా సులభం. రోజర్స్ స్టాక్‌కు ప్రత్యేక తయారీ ప్రక్రియ అవసరం లేదు.
సాధారణ FR4 చాలా నమ్మదగిన విద్యుత్ పనితీరును సాధించలేదు, కానీ అధిక-పనితీరు గల FR4 పదార్థాలు మంచి విశ్వసనీయత లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, అధిక Tg, ఇప్పటికీ తక్కువ ధర, మరియు సాధారణ ఆడియో డిజైన్ నుండి కాంప్లెక్స్ మైక్రోవేవ్ అప్లికేషన్‌ల వరకు విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించవచ్చు. .
RF/మైక్రోవేవ్ డిజైన్ పరిగణనలు
పోర్టబుల్ టెక్నాలజీ మరియు బ్లూటూత్ ధరించగలిగే పరికరాలలో RF/మైక్రోవేవ్ అప్లికేషన్‌లకు మార్గం సుగమం చేశాయి. నేటి ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి మరింత డైనమిక్‌గా మారుతోంది. కొన్ని సంవత్సరాల క్రితం, చాలా ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ (VHF) 2GHz~3GHzగా నిర్వచించబడింది. కానీ ఇప్పుడు మనం 10GHz నుండి 25GHz వరకు ఉన్న అల్ట్రా-హై ఫ్రీక్వెన్సీ (UHF) అప్లికేషన్‌లను చూడవచ్చు.
అందువల్ల, ధరించగలిగే PCB కోసం, RF భాగం వైరింగ్ సమస్యలపై ఎక్కువ శ్రద్ధ అవసరం, మరియు సిగ్నల్‌లను విడిగా వేరు చేయాలి మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను ఉత్పత్తి చేసే జాడలను భూమి నుండి దూరంగా ఉంచాలి. ఇతర పరిగణనలలో ఇవి ఉన్నాయి: బైపాస్ ఫిల్టర్ అందించడం, తగినంత డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్లు, గ్రౌండింగ్, మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ మరియు రిటర్న్ లైన్ దాదాపు సమానంగా ఉండేలా డిజైన్ చేయడం.
బైపాస్ ఫిల్టర్ శబ్దం కంటెంట్ మరియు క్రాస్‌స్టాక్ యొక్క అలల ప్రభావాన్ని అణచివేయగలదు. డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్‌లను పవర్ సిగ్నల్‌లను మోసే పరికరం పిన్‌లకు దగ్గరగా ఉంచాలి.
హై-స్పీడ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్లు మరియు సిగ్నల్ సర్క్యూట్‌లు శబ్దం సంకేతాల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే జిట్టర్‌ను సున్నితంగా చేయడానికి పవర్ లేయర్ సిగ్నల్‌ల మధ్య నేల పొరను ఉంచడం అవసరం. అధిక సిగ్నల్ వేగంతో, చిన్న ఇంపెడెన్స్ అసమతుల్యత అసమతుల్య ప్రసారం మరియు సిగ్నల్స్ స్వీకరణకు కారణమవుతుంది, ఫలితంగా వక్రీకరణ జరుగుతుంది. అందువల్ల, రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌కు సంబంధించిన ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ సమస్యకు ప్రత్యేక శ్రద్ధ ఉండాలి, ఎందుకంటే రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్ అధిక వేగం మరియు ప్రత్యేక సహనం కలిగి ఉంటుంది.
నిర్దిష్ట IC సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి PCBకి RF సిగ్నల్‌లను ప్రసారం చేయడానికి RF ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లకు నియంత్రిత ఇంపెడెన్స్ అవసరం. ఈ ప్రసార మార్గాలను బయటి పొర, పై పొర మరియు దిగువ పొరపై అమలు చేయవచ్చు లేదా మధ్య పొరలో రూపొందించవచ్చు.
PCB RF డిజైన్ లేఅవుట్ సమయంలో ఉపయోగించే పద్ధతులు మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్, ఫ్లోటింగ్ స్ట్రిప్ లైన్, కోప్లానార్ వేవ్‌గైడ్ లేదా గ్రౌండింగ్. మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్ అనేది మెటల్ లేదా ట్రేస్‌ల యొక్క స్థిర పొడవు మరియు మొత్తం గ్రౌండ్ ప్లేన్ లేదా గ్రౌండ్ ప్లేన్‌లో కొంత భాగాన్ని నేరుగా దాని క్రింద కలిగి ఉంటుంది. సాధారణ మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్ నిర్మాణంలో లక్షణ అవరోధం 50Ω నుండి 75Ω వరకు ఉంటుంది.
ఫ్లోటింగ్ స్ట్రిప్లైన్ అనేది వైరింగ్ మరియు శబ్దాన్ని అణిచివేసే మరొక పద్ధతి. ఈ లైన్ లోపలి పొరపై స్థిర-వెడల్పు వైరింగ్ మరియు మధ్య కండక్టర్ పైన మరియు దిగువన ఉన్న పెద్ద గ్రౌండ్ ప్లేన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. గ్రౌండ్ ప్లేన్ పవర్ ప్లేన్ మధ్య శాండ్విచ్ చేయబడింది, కాబట్టి ఇది చాలా ప్రభావవంతమైన గ్రౌండింగ్ ప్రభావాన్ని అందిస్తుంది. ధరించగలిగే PCB RF సిగ్నల్ వైరింగ్ కోసం ఇది ప్రాధాన్య పద్ధతి.
కోప్లానార్ వేవ్‌గైడ్ RF సర్క్యూట్ మరియు దగ్గరగా మళ్లించాల్సిన సర్క్యూట్ దగ్గర మెరుగైన ఐసోలేషన్‌ను అందిస్తుంది. ఈ మాధ్యమం ఇరువైపులా లేదా దిగువన కేంద్ర కండక్టర్ మరియు గ్రౌండ్ ప్లేన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌లను ప్రసారం చేయడానికి ఉత్తమ మార్గం స్ట్రిప్ లైన్లు లేదా కోప్లానార్ వేవ్‌గైడ్‌లను నిలిపివేయడం. ఈ రెండు పద్ధతులు సిగ్నల్ మరియు RF జాడల మధ్య మెరుగైన ఐసోలేషన్‌ను అందించగలవు.
కోప్లానార్ వేవ్‌గైడ్‌కు రెండు వైపులా "కంచె ద్వారా" అని పిలవబడే దాన్ని ఉపయోగించడానికి ఇది సిఫార్సు చేయబడింది. ఈ పద్ధతి సెంటర్ కండక్టర్ యొక్క ప్రతి మెటల్ గ్రౌండ్ ప్లేన్‌లో గ్రౌండ్ వయాస్‌ను వరుసను అందిస్తుంది. మధ్యలో నడుస్తున్న ప్రధాన ట్రేస్ ప్రతి వైపు కంచెలను కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా దిగువ భూమికి తిరిగి రావడానికి సత్వరమార్గాన్ని అందిస్తుంది. ఈ పద్ధతి RF సిగ్నల్ యొక్క అధిక అలల ప్రభావంతో అనుబంధించబడిన శబ్ద స్థాయిని తగ్గిస్తుంది. 4.5 యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ప్రీప్రెగ్ యొక్క FR4 పదార్థం వలె ఉంటుంది, అయితే మైక్రోస్ట్రిప్, స్ట్రిప్లైన్ లేదా ఆఫ్‌సెట్ స్ట్రిప్లైన్ నుండి ప్రిప్రెగ్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 3.8 నుండి 3.9 వరకు ఉంటుంది.
గ్రౌండ్ ప్లేన్‌ని ఉపయోగించే కొన్ని పరికరాలలో, పవర్ కెపాసిటర్ యొక్క డీకప్లింగ్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి మరియు పరికరం నుండి భూమికి షంట్ పాత్‌ను అందించడానికి బ్లైండ్ వయాస్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. భూమికి షంట్ మార్గం ద్వారా పొడవును తగ్గించవచ్చు. ఇది రెండు ప్రయోజనాలను సాధించగలదు: మీరు షంట్ లేదా గ్రౌండ్‌ను సృష్టించడమే కాకుండా, చిన్న ప్రాంతాలతో పరికరాల ప్రసార దూరాన్ని కూడా తగ్గించవచ్చు, ఇది ముఖ్యమైన RF డిజైన్ కారకం.