Berita PCB - Rancangan PCB gelombang mikro peranti yang boleh dipakai

Peranti yang boleh dipakai memerlukan kepercayaan tinggi, yang boleh menjadi masalah apabila perancang PCB menghadapi pilihan FR4 (bahan penghasilan PCB yang paling berkesan pada biaya) atau bahan yang lebih maju dan mahal.

Kerana saiz dan saiz kecil mereka, terdapat beberapa piawai papan sirkuit cetak sedia-dibuat untuk pasar Internet perkara yang boleh dipakai yang berkembang. Sebelum standar ini, kami terpaksa bergantung pada pengetahuan dan pengalaman penghasilan yang diperoleh dalam pembangunan aras papan dan berfikir bagaimana untuk melaksanakannya kepada cabaran yang baru yang unik. Ada tiga kawasan yang memerlukan perhatian istimewa: bahan permukaan papan sirkuit, rancangan RF/microwave, dan garis transmisi RF.

Bahan PCB

PCB biasanya terdiri dari lapisan, yang mungkin dibuat dari resin epoksi terkuat serat (FR4), poliimid atau Rogers atau laminat lain. Bahan yang mengisolasi antara lapisan dipanggil lembaran semi-curable.

Peranti yang boleh dipakai memerlukan kepercayaan tinggi, yang boleh menjadi masalah apabila perancang PCB menghadapi pilihan FR4 (bahan penghasilan PCB yang paling berkesan pada biaya) atau bahan yang lebih maju dan mahal.

Jika aplikasi PCB boleh dipakai memerlukan kelajuan tinggi, bahan frekuensi tinggi, FR4 mungkin bukan pilihan terbaik. Konstant dielektrik (Dk) FR 4 ialah 4.5, yang paling maju seri Rogers 4003 ialah 3.55, dan yang dari saudara Rogers 4350 ialah 3.66.

Figure 1: Diagram tumpukan papan sirkuit cetak berbilang lapisan yang menunjukkan bahan FR4 dan Rogers 4350 dan tebal lapisan utama.

Konstant dielektrik tumpukan merujuk kepada nisbah kapasitasi atau tenaga pasangan konduktor dekat tumpukan kepada pasangan konduktor dalam vakum. Pada frekuensi tinggi, lebih baik mempunyai kehilangan yang sangat kecil, jadi Loger 4350 dengan koeficien dielektrik 3.66 lebih sesuai untuk frekuensi yang lebih tinggi daripada FR4 dengan konstan dielektrik 4.5.

Biasanya, bilangan lapisan PCB yang digunakan untuk peranti yang boleh dipakai rangka dari 4 hingga 8. Lapisan dibina oleh prinsip bahawa jika ia adalah PCB 8 lapisan, ia sepatutnya menyediakan lapisan kuasa dan lapisan kuasa yang cukup dan memegang lapisan kabel di tengah. Dengan cara ini, kesan garisan dalam perbualan salib boleh diminumkan dan gangguan elektromagnetik (EMI) boleh dikurangi secara signifikan.

Dalam fasa bentangan papan sirkuit, skema bentangan biasanya meletakkan strata besar dekat lapisan distribusi kuasa. Ini mengakibatkan kesan garisan yang sangat rendah dan bunyi sistem boleh dikurangkan kepada hampir sifar. Ini sangat penting untuk subsistem RF.

FR4 mempunyai faktor penyebaran yang lebih tinggi (Df) daripada bahan Rogers, terutama pada frekuensi tinggi. Untuk tumpuan FR4 prestasi yang lebih tinggi, nilai Df adalah kira-kira 0.002, iaitu tertib ukuran yang lebih baik daripada tumpuan FR4 biasa. Rogers, bagaimanapun, hanya mempunyai 0.001 lapisan atau lebih kecil. Apabila bahan FR4 digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi, terdapat perbezaan yang signifikan dalam kehilangan penyisihan. Kehilangan interpolasi ditakrif sebagai kehilangan kuasa dari titik A ke titik B apabila FR4, Rogers, atau bahan lain digunakan.

Masalah penghasilan PCB

PCB yang boleh dipakai memerlukan kawalan pengendalian yang lebih ketat, yang merupakan faktor penting untuk peranti yang boleh dipakai, dan persamaan pengendalian boleh menghasilkan penghantaran isyarat yang lebih bersih. Sebelum ini, toleransi piawai untuk laluan pembawa isyarat adalah (+) 10%. Penunjuk ini jelas tidak cukup baik untuk sirkuit kelajuan tinggi frekuensi hari ini. Keperluan sekarang (+) 7%, dalam beberapa kes walaupun (+) 5% atau kurang. Parameter ini, bersama dengan pembolehubah lain, boleh mempengaruhi secara berat penghasilan PCB yang boleh dipakai dengan kawalan pengendalian yang sangat ketat, dengan sebab itu membatasi bilangan perniagaan yang boleh membuat mereka.

Toleransi konstan dielektrik lapisan yang dibuat dari bahan UHF Rogers adalah secara umum (+) 2%, beberapa produk boleh mencapai (+) 1%, dibandingkan dengan 10% untuk lapisan FR4. Oleh itu, membandingkan dua bahan ini, ia ditemukan bahawa kerugian penyisipan Rogers adalah terutama rendah. Kehilangan transmisi dan kerugian penyisihan tumpukan Rogers separuh dari bahan FR4 konvensional.

Biaya paling penting dalam kebanyakan kes. Bagaimanapun, Rogers boleh menyediakan prestasi pengumpulan frekuensi tinggi dengan harga yang diterima. Untuk aplikasi komersial, Rogers boleh dibuat dalam PCB campuran dengan FR4 berdasarkan resin epoksi, sebahagian daripada mereka menggunakan Rogers dan sebahagian lagi menggunakan FR4.

Frekuensi adalah pertimbangan utama bila memilih stack Rogers. Penjana PCB cenderung memilih bahan Rogers apabila frekuensi melebihi 500 MHz, terutama untuk sirkuit RF/microwave, kerana bahan-bahan ini boleh menyediakan prestasi yang lebih baik apabila baris di atas mengawal ketat impedance.

Berbanding dengan bahan FR4, bahan Rogers juga menyediakan kehilangan dielektrik yang lebih rendah, dan konstan dielektrik mereka stabil dalam julat frekuensi luas. Selain itu, bahan Rogers boleh menyediakan prestasi kehilangan rendah ideal untuk operasi frekuensi tinggi.

Koeficen pengembangan panas (CTE) bahan seri Rogers 4000 mempunyai kestabilan dimensi yang baik. Ini bermakna bahawa apabila PCB mengalami siklus tentera refluks sejuk, panas dan sangat panas dibandingkan dengan FR4, pengembangan dan kontraksi papan sirkuit cetak boleh kekal di had yang stabil pada frekuensi yang lebih tinggi dan suhu yang lebih tinggi.

Dalam kes lapisan hibrid, ia mudah untuk mencampur Rogers dengan FR4 prestasi tinggi menggunakan teknologi proses penghasilan umum, yang membuat ia relatif mudah untuk mencapai hasil penghasilan tinggi. Pemasangan Rogers tidak memerlukan proses persiapan lubang yang ditentukan.

FR4 biasa tidak dapat mencapai prestasi elektrik yang sangat dipercayai, tetapi bahan-bahan FR4 prestasi tinggi mempunyai kepercayaan yang baik, seperti Tg yang lebih tinggi, masih relatif tidak mahal dan boleh digunakan dalam julat luas aplikasi, dari desain audio sederhana ke aplikasi microwave kompleks.

Pertimbangan rancangan PCB PCBRF/microwave

Teknologi boleh dibawa dan Bluetooth membuka jalan untuk aplikasi RF/microwave dalam peranti boleh dibawa. Julat frekuensi hari ini semakin dinamik. Beberapa tahun yang lalu, frekuensi yang sangat tinggi (VHF) ditakrif sebagai 2GHz~3GHz. Tetapi sekarang kita boleh melihat aplikasi UHF berlainan dari 10 GHz hingga 25 GHz.

Oleh itu, bagi PCB yang boleh dipakai, bahagian RF memerlukan perhatian lebih dekat kepada isu kabel, memisahkan isyarat secara terpisah sehingga isyarat frekuensi tinggi dijana jauh dari tanah. Pertimbangan lainnya termasuk menyediakan penapis bypass, kapasitas pemisahan yang cukup, mendarat, dan reka hampir sama bagi garis penghantaran dan loop.

Penapis bypass boleh menekan kesan ripple bagi kandungan bunyi dan perbualan salib. Kapansansi pemisahan perlu ditempatkan lebih dekat dengan pin peranti yang membawa isyarat kuasa.

Garis penghantaran kelajuan tinggi dan gelung isyarat memerlukan lapisan antara isyarat lapisan kuasa untuk meluncurkan kegelisahan yang dijana oleh isyarat bunyi. Pada kelajuan isyarat yang lebih tinggi, ketidakpadanan pengendalian kecil boleh menyebabkan pemindahan dan penerimaan isyarat yang tidak seimbang, yang menyebabkan gangguan. Oleh itu, perhatian istimewa mesti diberikan kepada persamaan impedance yang berkaitan dengan isyarat frekuensi radio, kerana mereka mempunyai kelajuan tinggi dan toleransi istimewa.

Garis transmisi RF memerlukan kawalan impedance untuk memindahkan isyarat RF dari substrat IC khusus ke PCB. Garis transmisi ini boleh dilaksanakan pada lapisan luar, atas dan bawah, atau mereka boleh dirancang pada lapisan tengah.

Kaedah yang digunakan dalam bentangan rancangan RF PCB ialah garis microstrip, garis strip tergantung, gelombang koplanar, atau grounding. Garis string mikro terdiri dari panjang tetap logam atau garis dan seluruh atau sebahagian dari pesawat langsung di bawahnya. Impedansi karakteristik dalam struktur garis string mikro umum berlainan dari 50_hingga 75_.

Garis garis garis ditangguh adalah cara lain untuk kabel dan penghalang bunyi. Garis ini terdiri dari kawat lebar tetap pada lapisan dalaman dan permukaan tanah besar di atas dan di bawah konduktor tengah. Aras tanah ditetapkan di tengah lapisan kuasa, yang menyediakan kesan pendaratan yang sangat efektif. Ini adalah kaedah yang disukai untuk wayar isyarat RF PCB yang boleh dipakai.

Pemandu gelombang Coplanar menyediakan pengasingan yang lebih baik dekat garis RF dan garis yang perlu dikembara dekat satu sama lain. Medium terdiri daripada konduktor pusat dan pesawat tanah di ataupun di bawahnya. Cara terbaik untuk menghantar isyarat frekuensi radio adalah untuk menggantung garis garis garis atau panduan gelombang koplanar. Dua kaedah ini boleh menyediakan pengasingan yang lebih baik antara isyarat dan garis RF.

Yang disebut "pagar melalui lubang" disarankan di kedua-dua sisi panduan gelombang koplanar. Kaedah ini menyediakan baris lubang tanah pada setiap lantai logam konduktor pusat. Laluan utama yang berjalan di tengah mempunyai pagar di setiap sisi, sehingga menyediakan pintasan ke stratum bawah untuk arus kembali. Kaedah ini boleh mengurangkan aras bunyi yang berkaitan dengan kesan garis tinggi isyarat frekuensi radio. Konstant dielektrik 4.5 tetap sama dengan bahan FR4 setengah sembuh, sementara konstant dielektrik lembaran setengah sembuh - dari garis microstrip, garis strip atau garis strip ofset - adalah kira-kira 3.8 hingga 3.9.

Dalam beberapa peranti yang menggunakan aras tanah, lubang buta mungkin digunakan untuk meningkatkan prestasi pemisahan kapasitasi kuasa dan untuk menyediakan laluan shunt dari peranti ke tanah. Laluan shunt ke tanah boleh pendek panjang lubang, yang boleh mencapai dua tujuan: anda tidak hanya mencipta shunt atau tanah, tetapi juga mengurangi jarak transmisi peranti dengan patch kecil, yang merupakan faktor reka RF yang penting.