Dahil sa maliit na sukat at laki, halos walang umiiral na mga naka -print na pamantayan sa board ng circuit para sa lumalagong merkado ng IoT. Bago lumabas ang mga pamantayang ito, kailangan nating umasa sa karanasan at karanasan sa pagmamanupaktura na natutunan sa pag-unlad ng antas ng board at isipin kung paano ilalapat ang mga ito sa mga natatanging umuusbong na mga hamon. Mayroong tatlong mga lugar na nangangailangan ng aming espesyal na pansin. Ang mga ito ay: Mga materyales sa ibabaw ng circuit board, disenyo ng RF/microwave at mga linya ng paghahatid ng RF.

Materyal ng PCB

Ang "PCB" sa pangkalahatan ay binubuo ng mga laminates, na maaaring gawin ng mga fiber-reinforced epoxy (FR4), polyimide o Rogers na materyales o iba pang mga materyales na nakalamina. Ang insulating material sa pagitan ng iba't ibang mga layer ay tinatawag na isang prepreg.

Ang mga naisusuot na aparato ay nangangailangan ng mataas na pagiging maaasahan, kaya kapag ang mga taga-disenyo ng PCB ay nahaharap sa pagpili ng paggamit ng FR4 (ang pinaka-epektibong materyal na pagmamanupaktura ng PCB) o mas advanced at mas mamahaling mga materyales, ito ay magiging isang problema.

Kung ang mga naisusuot na aplikasyon ng PCB ay nangangailangan ng high-speed, high-frequency na materyales, ang FR4 ay maaaring hindi ang pinakamahusay na pagpipilian. Ang dielectric na pare -pareho (DK) ng FR4 ay 4.5, ang dielectric na pare -pareho ng mas advanced na Rogers 4003 series na materyal ay 3.55, at ang dielectric na pare -pareho ng serye ng kapatid na si Rogers 4350 ay 3.66.

"Ang dielectric na pare -pareho ng isang nakalamina ay tumutukoy sa ratio ng kapasidad o enerhiya sa pagitan ng isang pares ng mga conductor na malapit sa nakalamina sa kapasidad o enerhiya sa pagitan ng pares ng mga conductor sa vacuum. Sa mataas na mga frequency, mas mahusay na magkaroon ng isang maliit na pagkawala. Samakatuwid, ang roger 4350 na may isang dielectric na pare -pareho ng 3.66 ay higit na angkop para sa mas mataas na mga aplikasyon ng dalas kaysa sa isang dielectric na pare -pareho ng 4.5.

Sa ilalim ng normal na mga pangyayari, ang bilang ng mga layer ng PCB para sa mga naisusuot na aparato ay mula 4 hanggang 8 na layer. Ang prinsipyo ng konstruksyon ng layer ay kung ito ay isang 8-layer na PCB, dapat itong magbigay ng sapat na mga layer ng lupa at kuryente at sandwich ang layer ng mga kable. Sa ganitong paraan, ang epekto ng ripple sa crosstalk ay maaaring mapanatili sa isang minimum at electromagnetic interference (EMI) ay maaaring mabawasan nang malaki.

Sa yugto ng disenyo ng layout ng circuit board, ang plano ng layout ay karaniwang maglagay ng isang malaking layer ng lupa na malapit sa layer ng pamamahagi ng kuryente. Maaari itong bumuo ng isang napakababang epekto ng ripple, at ang ingay ng system ay maaari ring mabawasan sa halos zero. Mahalaga ito lalo na para sa subsystem ng dalas ng radyo.

Kung ikukumpara sa materyal na Rogers, ang FR4 ay may mas mataas na kadahilanan ng pagwawaldas (DF), lalo na sa mataas na dalas. Para sa mas mataas na pagganap ng FR4 laminates, ang halaga ng DF ay tungkol sa 0.002, na kung saan ay isang order ng magnitude na mas mahusay kaysa sa ordinaryong FR4. Gayunpaman, ang stack ng Rogers ay 0.001 o mas kaunti lamang. Kapag ang materyal na FR4 ay ginagamit para sa mataas na dalas ng mga aplikasyon, magkakaroon ng isang makabuluhang pagkakaiba sa pagkawala ng pagpasok. Ang pagkawala ng pagsingit ay tinukoy bilang pagkawala ng lakas ng signal mula sa point A hanggang point B kapag gumagamit ng FR4, rogers o iba pang mga materyales.

Lumikha ng mga problema

Ang masusuot na PCB ay nangangailangan ng mas mahigpit na kontrol sa impedance. Ito ay isang mahalagang kadahilanan para sa mga naisusuot na aparato. Ang pagtutugma ng impedance ay maaaring makagawa ng mas malinis na paghahatid ng signal. Mas maaga, ang karaniwang pagpapaubaya para sa mga bakas ng dala ng signal ay ± 10%. Ang tagapagpahiwatig na ito ay malinaw na hindi sapat na mabuti para sa high-frequency at high-speed circuit ngayon. Ang kasalukuyang kinakailangan ay ± 7%, at sa ilang mga kaso kahit ± 5% o mas kaunti. Ang parameter na ito at iba pang mga variable ay malubhang makakaapekto sa paggawa ng mga naisusuot na PCB na may partikular na mahigpit na kontrol sa impedance, sa gayon nililimitahan ang bilang ng mga negosyo na maaaring gumawa ng mga ito.

Ang dielectric na patuloy na pagpapaubaya ng nakalamina na gawa sa mga materyales na Rogers UHF ay karaniwang pinapanatili sa ± 2%, at ang ilang mga produkto ay maaaring maabot ang ± 1%. Sa kaibahan, ang dielectric na patuloy na pagpapaubaya ng FR4 laminate ay kasing taas ng 10%. Samakatuwid, ihambing ang dalawang materyales na ito ay matatagpuan na ang pagkawala ng pagpasok ng Rogers ay partikular na mababa. Kung ikukumpara sa tradisyonal na mga materyales sa FR4, ang pagkawala ng paghahatid at pagkawala ng pagpasok ng stack ng Rogers ay kalahati na mas mababa.

Sa karamihan ng mga kaso, ang gastos ang pinakamahalaga. Gayunpaman, ang mga Rogers ay maaaring magbigay ng medyo mababang pagkawala ng mataas na dalas na pagganap ng nakalamina sa isang katanggap-tanggap na punto ng presyo. Para sa mga komersyal na aplikasyon, ang mga Rogers ay maaaring gawin sa isang hybrid na PCB na may batay sa epoxy na FR4, ang ilang mga layer na gumagamit ng materyal na Rogers, at iba pang mga layer ay gumagamit ng FR4.

Kapag pumipili ng isang Rogers stack, ang dalas ay ang pangunahing pagsasaalang -alang. Kapag ang dalas ay lumampas sa 500MHz, ang mga taga -disenyo ng PCB ay may posibilidad na pumili ng mga materyales sa Rogers, lalo na para sa mga RF/microwave circuit, dahil ang mga materyales na ito ay maaaring magbigay ng mas mataas na pagganap kapag ang mga itaas na bakas ay mahigpit na kinokontrol ng impedance.

Kung ikukumpara sa materyal na FR4, ang materyal na Rogers ay maaari ring magbigay ng mas mababang pagkawala ng dielectric, at ang dielectric na pare -pareho ay matatag sa isang malawak na saklaw ng dalas. Bilang karagdagan, ang materyal na Rogers ay maaaring magbigay ng perpektong mababang pagganap ng pagkawala ng pagpasok na kinakailangan ng mataas na operasyon ng dalas.

Ang koepisyent ng thermal expansion (CTE) ng Rogers 4000 series na materyales ay may mahusay na dimensional na katatagan. Nangangahulugan ito na kung ihahambing sa FR4, kapag ang PCB ay sumasailalim sa malamig, mainit at sobrang init na mga siklo ng paghihinang ng salamin, ang pagpapalawak ng thermal at pag -urong ng circuit board ay maaaring mapanatili sa isang matatag na limitasyon sa ilalim ng mas mataas na dalas at mas mataas na mga siklo ng temperatura.

Sa kaso ng halo-halong pag-stack, madaling gamitin ang karaniwang teknolohiya ng proseso ng pagmamanupaktura upang ihalo ang mga rogers at mataas na pagganap na FR4 nang magkasama, kaya medyo madali upang makamit ang mataas na ani ng pagmamanupaktura. Ang stack ng Rogers ay hindi nangangailangan ng isang espesyal na proseso ng paghahanda.

Ang mga karaniwang FR4 ay hindi makamit ang maaasahang pagganap ng elektrikal, ngunit ang mga materyales na may mataas na pagganap ng FR4 ay may mahusay na mga katangian ng pagiging maaasahan, tulad ng mas mataas na TG, medyo mababa ang gastos, at maaaring magamit sa isang malawak na hanay ng mga aplikasyon, mula sa simpleng disenyo ng audio hanggang sa kumplikadong mga aplikasyon ng microwave.

Mga Pagsasaalang -alang sa Disenyo ng RF/Microwave

Ang Portable Technology at Bluetooth ay naghanda ng paraan para sa mga aplikasyon ng RF/microwave sa mga naisusuot na aparato. Ang saklaw ng dalas ngayon ay nagiging mas maraming pabago -bago. Ilang taon na ang nakalilipas, ang napakataas na dalas (VHF) ay tinukoy bilang 2GHz ~ 3GHz. Ngunit ngayon maaari nating makita ang mga application ng Ultra-High Frequency (UHF) mula 10GHz hanggang 25GHz.

Samakatuwid, para sa masusuot na PCB, ang bahagi ng RF ay nangangailangan ng higit na pansin sa mga isyu sa mga kable, at ang mga senyas ay dapat na magkahiwalay nang hiwalay, at ang mga bakas na bumubuo ng mga signal ng mataas na dalas ay dapat na itago sa lupa. Ang iba pang mga pagsasaalang -alang ay kinabibilangan ng: pagbibigay ng isang bypass filter, sapat na decoupling capacitor, grounding, at pagdidisenyo ng linya ng paghahatid at linya ng pagbabalik upang maging halos pantay.

Maaaring pigilan ng bypass filter ang epekto ng ripple ng nilalaman ng ingay at crosstalk. Ang mga decoupling capacitor ay kailangang mailagay nang mas malapit sa mga pin ng aparato na nagdadala ng mga signal ng kuryente.

Ang mga linya ng paghahatid ng high-speed at signal circuit ay nangangailangan ng isang ground layer na mailagay sa pagitan ng mga signal ng power layer upang pakinisin ang jitter na nabuo ng mga signal ng ingay. Sa mas mataas na bilis ng signal, ang maliit na impedance mismatches ay magiging sanhi ng hindi balanseng paghahatid at pagtanggap ng mga signal, na nagreresulta sa pagbaluktot. Samakatuwid, ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa problema sa pagtutugma ng impedance na may kaugnayan sa signal ng dalas ng radyo, dahil ang signal ng dalas ng radyo ay may mataas na bilis at isang espesyal na pagpapaubaya.

Ang mga linya ng paghahatid ng RF ay nangangailangan ng kinokontrol na impedance upang maipadala ang mga signal ng RF mula sa isang tukoy na substrate ng IC sa PCB. Ang mga linya ng paghahatid na ito ay maaaring maipatupad sa panlabas na layer, tuktok na layer, at ilalim na layer, o maaaring idinisenyo sa gitnang layer.

Ang mga pamamaraan na ginamit sa layout ng disenyo ng PCB RF ay linya ng microstrip, lumulutang na linya ng strip, coplanar waveguide o saligan. Ang linya ng microstrip ay binubuo ng isang nakapirming haba ng metal o mga bakas at ang buong eroplano ng lupa o bahagi ng eroplano ng lupa nang direkta sa ibaba nito. Ang katangian ng impedance sa pangkalahatang istraktura ng linya ng microstrip ay mula sa 50Ω hanggang 75Ω.

Ang lumulutang na guhit ay isa pang paraan ng pagsugpo sa mga kable at ingay. Ang linya na ito ay binubuo ng mga nakapirming lapad na mga kable sa panloob na layer at isang malaking eroplano sa itaas sa itaas at sa ibaba ng conductor ng sentro. Ang eroplano ng lupa ay sandwiched sa pagitan ng eroplano ng kuryente, kaya maaari itong magbigay ng isang napaka -epektibong epekto sa saligan. Ito ang ginustong pamamaraan para sa masusuot na mga kable ng signal ng PCB RF.

Ang Coplanar waveguide ay maaaring magbigay ng mas mahusay na paghihiwalay malapit sa RF circuit at ang circuit na kailangang mas malapit. Ang daluyan na ito ay binubuo ng isang gitnang conductor at mga eroplano sa lupa sa magkabilang panig o sa ibaba. Ang pinakamahusay na paraan upang maipadala ang mga signal ng dalas ng radyo ay upang suspindihin ang mga linya ng strip o coplanar waveguides. Ang dalawang pamamaraan na ito ay maaaring magbigay ng mas mahusay na paghihiwalay sa pagitan ng mga bakas ng signal at RF.

Inirerekomenda na gamitin ang tinatawag na "sa pamamagitan ng bakod" sa magkabilang panig ng coplanar waveguide. Ang pamamaraang ito ay maaaring magbigay ng isang hilera ng ground vias sa bawat metal ground plane ng center conductor. Ang pangunahing bakas na tumatakbo sa gitna ay may mga bakod sa bawat panig, kaya nagbibigay ng isang shortcut para sa kasalukuyang pagbabalik sa lupa sa ibaba. Ang pamamaraang ito ay maaaring mabawasan ang antas ng ingay na nauugnay sa mataas na ripple na epekto ng signal ng RF. Ang dielectric na pare -pareho ng 4.5 ay nananatiling katulad ng materyal na FR4 ng prepreg, habang ang dielectric na pare -pareho ng prepreg - mula sa microstrip, stripline o offset stripline - ay tungkol sa 3.8 hanggang 3.9.

Sa ilang mga aparato na gumagamit ng isang eroplano ng lupa, ang mga bulag na vias ay maaaring magamit upang mapabuti ang pagkabulok ng pagganap ng power capacitor at magbigay ng isang shunt path mula sa aparato hanggang sa lupa. Ang landas ng shunt sa lupa ay maaaring paikliin ang haba ng Via. Maaari itong makamit ang dalawang layunin: hindi ka lamang lumikha ng isang shunt o lupa, ngunit bawasan din ang distansya ng paghahatid ng mga aparato na may maliliit na lugar, na isang mahalagang kadahilanan ng disenyo ng RF.