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Debido a su pequeño tamaño y tamaño, Hay pocos PCB disponibles Placa de circuito impreso Normas para el creciente mercado de Internet de las cosas usables. Antes de estas normas, Debemos confiar en el conocimiento y la experiencia de fabricación aprendidas en el desarrollo a nivel de tablero y pensar en cómo aplicarlo a desafíos emergentes únicos. Hay tres esferas que requieren especial atención. Son: Placa de circuito Material de superficie, Diseño RF / microondas Línea de transmisión RF.
Material de PCB
Los PCB suelen consistir en laminados, que pueden estar hechos de resina epoxi reforzada con fibra (fr4), poliimida o material Rogers u otro material laminado. El material aislante entre diferentes capas se llama prepreg.
Equipo portátil que requiere alta fiabilidad, so when PCB designers are faced with the choice of using FR4 (the most cost-effective Fabricación de PCB material) or more advanced and more expensive materials, Será un problem a..
Si las aplicaciones de PCB usables requieren materiales de alta velocidad y alta frecuencia, fr4 puede no ser la mejor opción. La constante dieléctrica (DK) de fr4 es de 4,5, la de Rogers 4003 más avanzada es de 3,55 y la de Rogers 4350 hermano es de 3,66.
Figura 1: Diagrama de apilamiento de placas de circuitos multicapas que muestran el material fr4 y Rogers 4350 y el espesor del núcleo
La constante dieléctrica de un laminado es la relación entre la Capacitancia o la energía de un par de conductores cerca del laminado y la Capacitancia o la energía de un par de conductores en vacío. A altas frecuencias, es mejor tener una pérdida menor. Por lo tanto, Roger 4350 con constante dieléctrica de 3,66 es más adecuado para aplicaciones de frecuencia más alta que fr4 con constante dieléctrica de 4,5.
En condiciones normales, El número de capas de PCB para dispositivos portátiles varía de 4 a 8. El principio de la construcción de capas es que si PCB de 8 capas, Debe ser capaz de proporcionar suficiente puesta a tierra y capas de alimentación y sujetar la capa de cableado. Así, the ripple effect in crosstalk can be kept to a minimum and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced.
En la fase de diseño de la disposición de la placa de Circuito, el esquema de diseño suele colocar una gran capa de tierra cerca de la capa de distribución. Esto puede producir un efecto de onda muy bajo y el ruido del sistema puede reducirse a casi cero. Esto es especialmente importante para el subsistema RF.
En comparación con el material Rogers, fr4 tiene un mayor Factores de pérdida (DF), especialmente a altas frecuencias. Para laminados fr4 de mayor rendimiento, el valor de DF es de aproximadamente 0002, un orden de magnitud mejor que el fr4 normal. Sin embargo, la pila de Rogers es sólo 0001 o menos. Cuando el material fr4 se utiliza en aplicaciones de alta frecuencia, la pérdida de inserción será significativamente diferente. La pérdida de inserción se define como la pérdida de potencia de la señal del punto a al punto B cuando se utilizan fr4, Rogers u otros materiales.
Problemas de fabricación
Los PCB portátiles requieren un control de impedancia más estricto, que es un factor importante en los dispositivos portátiles. La coincidencia de impedancia puede producir una transmisión de señal más limpia. Anteriormente, la tolerancia estándar para la trayectoria de transmisión de la señal era de ± 10%. Para los circuitos de alta frecuencia y alta velocidad de hoy, este indicador obviamente no es lo suficientemente bueno. El requisito actual es de ± 7%, en algunos casos incluso de ± 5% o menos. Este parámetro y otras variables afectarán seriamente la fabricación de PCB portátiles con un control de impedancia extremadamente estricto, limitando así el número de empresas que pueden fabricarlos.
Las tolerancias de las constantes dieléctricas de los laminados hechos de materiales Rogers UHF se mantienen generalmente en ± 2%, algunos productos incluso pueden alcanzar ± 1%. Por el contrario, la tolerancia de la constante dieléctrica de los laminados fr4 es de hasta el 10%. Por lo tanto, la comparación de estos dos materiales muestra que la pérdida de inserción de Rogers es particularmente baja. En comparación con los materiales fr4 tradicionales, la pérdida de transmisión y la pérdida de inserción de la pila Rogers son la mitad inferiores.
En la mayoría de los casos, el costo es lo más importante. Sin embargo, Rogers puede proporcionar un rendimiento laminado de alta frecuencia con una pérdida relativamente baja a un precio aceptable. Para aplicaciones comerciales, Rogers puede hacer PCB mixtos con base epoxi fr4, algunos de los cuales están hechos de material Rogers y otros están hechos de fr4.
La frecuencia es la consideración principal cuando se selecciona la pila Rogers. Cuando la frecuencia supera los 500 MHz, los diseñadores de PCB tienden a elegir los materiales Rogers, especialmente los circuitos RF / microondas, ya que estos materiales proporcionan un mayor rendimiento cuando los rastros superiores están estrictamente controlados por impedancia.
En comparación con el material fr4, el material Rogers también puede proporcionar una menor pérdida dieléctrica y su constante dieléctrica es estable en un amplio rango de frecuencia. Además, el material Rogers puede proporcionar un rendimiento ideal de baja pérdida de inserción para el funcionamiento de alta frecuencia.
El coeficiente de expansión térmica (Cte) de la serie Rogers 4000 tiene una excelente estabilidad dimensional. Esto significa que la expansión térmica y la contracción de la placa de circuito se pueden mantener en el límite de estabilidad en ciclos de frecuencia y temperatura más altos cuando el PCB experimenta ciclos de reflujo frío, térmico y extremadamente térmico en comparación con el fr4.
En el caso de la pila de mezcla, es fácil mezclar Rogers con fr4 de alto rendimiento utilizando técnicas de fabricación comunes, por lo que es relativamente fácil lograr un alto rendimiento de fabricación. La pila Rogers no requiere un proceso especial de preparación a través de agujeros.
El fr4 ordinario no puede lograr un rendimiento eléctrico muy fiable, pero el material fr4 de alto rendimiento tiene buenas características de fiabilidad, como un Tg más alto, todavía tiene un costo relativamente bajo, y puede ser utilizado en una amplia gama de aplicaciones, desde el diseño de audio simple hasta aplicaciones complejas de microondas.
Consideraciones de diseño de radiofrecuencia / microondas
La tecnología portátil y Bluetooth allanan el camino para aplicaciones de radiofrecuencia / microondas en dispositivos portátiles. El rango de frecuencia de hoy es cada vez más dinámico. Hace unos a ños, la VHF se definió como 2ghz ~ 3ghz. Pero ahora podemos ver aplicaciones UHF de 10 GHz a 25 GHz.
Por lo tanto, para el PCB portátil, la parte de radiofrecuencia debe prestar más atención a los problemas de cableado, las señales deben separarse, la generación de señales de alta frecuencia debe ser trazada lejos del suelo. Otras consideraciones incluyen el suministro de filtros de Bypass, condensadores de desacoplamiento adecuados, puesta a tierra, y el diseño de líneas de transmisión y bucles casi iguales.
El filtro de derivación puede suprimir el contenido de ruido y el efecto de onda de conversación cruzada. El condensador de desacoplamiento debe colocarse más cerca del pin del dispositivo que lleva la señal de potencia.
La línea de transmisión de alta velocidad y el bucle de señal necesitan colocar una capa de tierra entre las señales de la capa de potencia para suavizar el nerviosismo generado por las señales de ruido. A velocidades de señal más altas, un pequeño desajuste de impedancia causará un desequilibrio en la transmisión y recepción de la señal, resultando en distorsión. Por lo tanto, debe prestarse especial atención a los problemas de emparejamiento de impedancia relacionados con las señales de radiofrecuencia, que tienen tolerancias especiales y de alta velocidad.
Las líneas de transmisión de radiofrecuencia requieren impedancia controlada para transmitir señales de radiofrecuencia de un sustrato IC específico a un PCB. Estas líneas de transmisión pueden ser implementadas en capas externas, superiores e inferiores, o pueden ser diseñadas en capas intermedias.
Métodos utilizados en el proceso Diseño de radiofrecuencia de PCB La disposición es MICROSTRIP, Línea de banda flotante, Guía de onda coplanar, O puesta a tierra. Una línea MICROSTRIP consiste en una longitud fija de metal o traza., Todo el plano de puesta a tierra o parte del plano de puesta a tierra directamente debajo de él. El rango de impedancia característica de la estructura general de la línea MICROSTRIP es de 50 a 75.
Figura 1: Diagrama de apilamiento de varias capas Placa de circuito, Mostrar material fr4 y Rogers 4350 Y el espesor del núcleo
Suspended stripline is another method of wiring and suppressing noise. El circuito está compuesto por un cableado de ancho fijo en la capa interna y un gran plano de puesta a tierra en la parte superior e inferior del conductor central.. Plano de puesta a tierra entre planos de potencia, Por lo tanto, puede proporcionar un efecto de puesta a tierra muy eficaz. Este es el enfoque preferido para: PCB portátil Cableado de señales RF.
Las guías de onda coplanares pueden proporcionar un mejor aislamiento entre las líneas RF y las que requieren un cableado más cercano. El Medio consiste en un conductor central y un plano de puesta a tierra a ambos lados o debajo de él. La mejor manera de transmitir la señal RF es colgar una línea de banda o una guía de onda coplanar. Estos dos métodos proporcionan un mejor aislamiento entre la señal y el rastro RF.
Se sugiere el uso de la llamada "valla a través del agujero" a ambos lados de la Guía de onda coplanar. El método puede proporcionar una fila de agujeros de tierra en cada plano de tierra metálica del conductor central. Hay vallas a ambos lados de la línea principal que corre en el Centro, proporcionando así un atajo para el retorno al suelo. Este método puede reducir el nivel de ruido asociado con el efecto de onda alta de la señal RF. Las constantes dieléctricas de 4.5 son las mismas que las de fr4, mientras que las de MICROSTRIP, STRIPLINE o offset STRIPLINE son de aproximadamente 3.8 a 3.9.
En algunos dispositivos que utilizan un plano de tierra, El orificio ciego se puede utilizar para mejorar el rendimiento de desacoplamiento del condensador de potencia y proporcionar una ruta de derivación del dispositivo al suelo.. La trayectoria de derivación de la tierra puede acortar la longitud del orificio, Esto puede lograr dos objetivos: no sólo puede crear una derivación o puesta a tierra, Además, se reduce la distancia de transmisión de los equipos de área pequeña., Esto es importante Diseño de radiofrecuencia factor.
