Через невеликий розмір і розмір майже немає існуючих стандартів друкованої плати для зростаючого ринку IoT, що носяться. Перед тим, як вийти ці стандарти, нам довелося покластися на досвід знань та виробництва, засвоєний у розвитку рівня борту, і подумати про те, як застосувати їх до унікальних проблем, що розвиваються. Є три області, які потребують нашої особливої ​​уваги. Це: матеріали поверхні плати, конструкція RF/мікрохвильова піч та лінії електропередачі RF.

Матеріал друкованої плати

"ПХБ", як правило, складається з ламінатів, які можуть бути виготовлені з епоксидної епоксидної клітковини (FR4), полііміду або Роджерських матеріалів або інших ламінатних матеріалів. Ізоляційний матеріал між різними шарами називається препрегом.

Носимі пристрої потребують високої надійності, тому, коли дизайнери PCB стикаються з вибором використання FR4 (найбільш економічно ефективного виробничого матеріалу PCB) або більш просунутими та більш дорогими матеріалами, це стане проблемою.

Якщо додатки для носійних друкованих плат, потребують високошвидкісних, високочастотних матеріалів, FR4 може бути не найкращим вибором. Діелектрична константа (DK) FR4 становить 4,5, діелектрична константа більш розвиненого матеріалу серії Rogers 4003 - 3,55, а діелектрична константа серії Brother Rogers 4350 - 3,66.

"Діелектрична константа ламінату відноситься до співвідношення ємності або енергії між парою провідників біля ламінату до ємності або енергії між парою провідників у вакуумі. На високих частотах найкраще мати невелику втрату. Роджер 4350 з дієлектричною константою 3,66.

За звичайних обставин кількість шарів PCB для носячих пристроїв коливається від 4 до 8 шарів. Принцип конструкції шару полягає в тому, що якщо це 8шарова плата, вона повинна мати можливість забезпечити достатню кількість шарів ґрунту та живлення та бутерброд про електропроводку. Таким чином, ефект пульсації на перехресті може бути зведений до мінімуму, а електромагнітні перешкоди (EMI) можуть бути значно зменшені.

На етапі проектування планування планування плану плану, як правило, розміщує великий шар ґрунту, близький до шару розподілу потужності. Це може утворити дуже низький ефект пульсації, а шум системи також може бути зведений майже до нуля. Це особливо важливо для радіочастотної підсистеми.

Порівняно з матеріалом Роджерса, FR4 має більш високий коефіцієнт розсіювання (DF), особливо на високій частоті. Для більш високої продуктивності ламінатів FR4 значення DF становить приблизно 0,002, що на порядок краще, ніж звичайний FR4. Однак стек Роджерса становить лише 0,001 або менше. Коли матеріал FR4 використовується для високочастотних застосувань, існує значна різниця у втраті вставки. Втрата вставки визначається як втрата потужності сигналу від точки А до точки В при використанні FR4, Rogers або інших матеріалів.

Створити проблеми

Носічна друкована плата вимагає більш жорсткого контролю імпедансу. Це важливий фактор для носячих пристроїв. Відповідність імпедансу може виробляти більш чисту передачу сигналу. Раніше стандартна толерантність до слідів сигналу становила ± 10%. Цей показник, очевидно, недостатньо хороший для сьогоднішніх високочастотних та високошвидкісних схем. Поточна потреба становить ± 7%, а в деяких випадках навіть ± 5% або менше. Цей параметр та інші змінні серйозно впливатимуть на виготовлення цих носячих друкованих плат з особливо суворим контролем імпедансу, тим самим обмежуючи кількість підприємств, які можуть їх виготовити.

Діелектрична постійна толерантність ламінату, виготовленого з матеріалів Rogers UHF, зазвичай зберігається на ± 2%, а деякі продукти можуть навіть досягти ± 1%. На відміну від цього, діелектрична постійна толерантність ламінату FR4 до 10%. Тому порівняно ці два матеріали можна встановити, що втрата вставки Роджерса особливо низька. Порівняно з традиційними матеріалами FR4, втрата передачі та втрата вставки стека Роджерса наполовину нижчі.

У більшості випадків вартість є найважливішою. Однак Роджерс може забезпечити відносно низькочастотну високочастотну продуктивність ламінату за прийнятною ціною. Для комерційних застосувань Роджерс може бути перетворений на гібридну друковану плату з епоксидним FR4, деякі шари яких використовують матеріал Роджерса, а інші шари використовують FR4.

Вибираючи стек Роджерса, частота є основною увагою. Коли частота перевищує 500 МГц, дизайнери PCB, як правило, обирають матеріали Rogers, особливо для РФ/мікрохвильової ланцюга, оскільки ці матеріали можуть забезпечити більш високу продуктивність, коли верхні сліди суворо контролюються імпедансом.

Порівняно з матеріалом FR4, матеріал Rogers також може забезпечити менші діелектричні втрати, а його діелектрична константа стабільна в широкому діапазоні частот. Крім того, матеріал Rogers може забезпечити ідеальну низьку продуктивність втрат вставки, необхідні для високої частотної роботи.

Коефіцієнт теплового розширення (CTE) матеріалів серії Rogers 4000 має відмінну розмірну стабільність. Це означає, що порівняно з FR4, коли друкована плата зазнає холодних, гарячих і дуже гарячих циклів пайки, термічне розширення та скорочення планової плати можна підтримувати на стабільній межі при більш високій частоті та більш високих температурних циклах.

Що стосується змішаного укладання, то легко використовувати загальну технологію виробничих процесів для змішування Роджерса та високопродуктивного FR4 разом, тому досягнення високого виробничого виходу порівняно легко. Стек Rogers не потребує спеціального процесу підготовки.

Загальний FR4 не може досягти дуже надійних електричних показників, але високоефективні матеріали FR4 мають хороші характеристики надійності, такі як більш висока TG, все ще відносно низька вартість, і можуть бути використані в широкому діапазоні додатків, від простого дизайну аудіо до складних мікрохвильових додатків.

Міркування дизайну РФ/мікрохвильової печі

Портативна технологія та Bluetooth проклали шлях для RF/мікрохвильових програм у носячих пристроях. Сьогоднішній діапазон частот стає все більш динамічним. Кілька років тому дуже висока частота (VHF) була визначена як 2 ГГц ~ 3 ГГц. Але тепер ми можемо побачити додатки з високою частотою (UHF) від 10 ГГц до 25 ГГц.

Тому для носячої друкованої плати, частина RF вимагає більшої уваги до проблем проводки, а сигнали повинні бути розділені окремо, а сліди, що генерують високочастотні сигнали, повинні утримуватися подалі від землі. Інші міркування включають: забезпечення фільтра обходу, адекватні конденсатори, що роз'єднували, заземлення та проектування лінії передачі та повернення лінії, щоб бути майже рівними.

Фільтр обходу може придушити ефект пульсації вмісту шуму та перехрестя. Роз'єднання конденсаторів потрібно розмістити ближче до штифтів пристрою, що несуть сигнали живлення.

Швидкошвидкісні лінії пропускної простисули та сигнальні схеми потребують розміщення шару заземлення між сигналами шару живлення, щоб згладити тремтіння, що генерується шумовими сигналами. При більш високих швидкостях сигналу невеликі невідповідності імпедансу спричинить незбалансовану передачу та прийом сигналів, що призведе до спотворення. Тому особлива увага повинна бути приділена проблемі відповідності імпедансу, пов’язаній із радіочастотним сигналом, оскільки сигнал радіочастот має високу швидкість та спеціальну толерантність.

Лінії передачі RF потребують контрольованого опору для передачі сигналів RF від конкретного підкладки ІС на друковану плату. Ці лінії електропередачі можуть бути реалізовані на зовнішньому шарі, верхньому шарі та нижньому шарі, або можуть бути розроблені в середньому шарі.

Методи, що використовуються під час макета проектування RF PCB, - це лінія мікрострипів, плаваюча смугова лінія, копланарна хвилевод або заземлення. Мікрострипна лінія складається з нерухомої довжини металу або слідів та всю площину заземлення або частини площини заземлення безпосередньо під ним. Характерний імпеданс у загальній структурі мікрострипів становить від 50 Ом до 75 Ом.

Плаваюча смугова лінія - це ще один метод проводки та придушення шуму. Ця лінія складається з проводки з фіксованою шириною на внутрішньому шарі та великої землі площини над і нижче центрального провідника. Площа землі просочена між площиною електроенергії, тому вона може забезпечити дуже ефективний ефект заземлення. Це кращий метод носіння PCB RF -сигналу.

Копланарна хвилевод може забезпечити кращу ізоляцію поблизу РФ та ланцюга, який потрібно направляти ближче. Цей середовище складається з центрального провідника та земляних літаків з обох боків, або внизу. Найкращий спосіб передачі радіочастотних сигналів - це призупинити смугові лінії або копланарні хвилеводи. Ці два методи можуть забезпечити кращу ізоляцію між сигналами та слідами РФ.

Рекомендується використовувати так званий «через паркан» з обох боків копланарного хвилеводу. Цей метод може забезпечити ряд ґрунтових віас на кожній металевій землі площини центрального провідника. Основний слід, що працює посередині, має огорожі з кожної сторони, таким чином забезпечуючи ярлик для струму повернення на землю внизу. Цей метод може знизити рівень шуму, пов'язаний з високим ефектом пульсації сигналу RF. Діелектрична константа 4,5 залишається такою ж, як і матеріал FR4 препрегу, тоді як діелектрична константа препрегу - від мікрострипів, смужок або зміщення смугастої лінії - приблизно 3,8 до 3,9.

У деяких пристроях, які використовують наземну площину, сліпий Vias може бути використаний для поліпшення продуктивності роз'єднання силового конденсатора та забезпечення шляху шунта від пристрою до землі. Шлях шунта до землі може скоротити довжину ВІА. Це може досягти двох цілей: ви не тільки створюєте шунт або землю, але й зменшуєте відстань передачі пристроїв з невеликими областями, що є важливим фактором проектування РФ.