Data PCB - Rancangan papan PCB yang boleh dipakai memerlukan Fokus pada Material Asas

Kerana saiz dan saiz kecil mereka, terdapat beberapa papan sirkuit cetak siap-dibuat standar untuk pasar IoT yang boleh dikembangkan. Sebelum standar ini menjadi tersedia, kami terpaksa bergantung pada apa yang kami belajar dalam pengembangan aras papan dan pengalaman penghasilan dan memikirkan bagaimana untuk melaksanakannya kepada cabaran yang baru yang unik. Ada tiga kawasan yang memerlukan perhatian istimewa kita: bahan permukaan papan sirkuit, rancangan RF/microwave, dan garis transmisi RF.

Material papan PCB

Papan PCB biasanya terdiri dari laminat, yang mungkin dibuat dari epoksi berkuasa serat (FR4), bahan poliimid atau Rogers, atau laminat lain. Bahan pengisihan antara lapisan yang berbeza dipanggil prepreg. Yang boleh dipakai memerlukan tahap yang tinggi kepercayaan, jadi ini menjadi masalah apabila penjana papan PCB menghadapi pilihan menggunakan FR4 (bahan penghasilan PCB yang berkesan pada biaya) atau bahan yang lebih maju dan lebih mahal. Jika aplikasi papan PCB boleh dipakai memerlukan kelajuan tinggi, bahan frekuensi tinggi, FR4 mungkin bukan pilihan. Konstant dielektrik (Dk) FR4 adalah 4.5, bahan seri Rogers 4003 yang lebih maju mempunyai konstant dielektrik 3.55, dan kakak Rogers 4350 mempunyai konstant dielektrik 3.66.Konstant dielektrik tumpukan merujuk kepada nisbah kapasitasi atau tenaga diantara pasangan konduktor di sekitar tumpukan kepada kapasitasi atau tenaga diantara pasangan konduktor dalam vakum. Pada frekuensi tinggi, terdapat kehilangan yang sangat sedikit, jadi Roger 4350 dengan konstan dielektrik 3.66 lebih sesuai untuk aplikasi frekuensi lebih tinggi daripada FR4 dengan konstan dielektrik 4.5. Dalam keadaan biasa, bilangan lapisan PCB untuk peranti yang boleh dipakai berlayar dari 4 hingga 8 lapisan. Prinsip pembangunan lapisan ialah jika ia adalah PCB 8 lapisan, ia sepatutnya menyediakan cukup lapisan tanah dan kuasa dan sandwich lapisan perjalanan. Dengan cara ini, kesan garisan dalam percakapan salib disimpan dan gangguan elektromagnetik (EMI) boleh dikurangi secara signifikan. Dalam tahap bentangan papan sirkuit, rancangan bentangan adalah secara umum untuk meletakkan stratum 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. Compared to Rogers materials, FR4 has a higher dissipation factor (Df), especially at high frequencies. Untuk tumpuan prestasi FR4 yang lebih tinggi, nilai Df adalah sekitar 0.002, iaitu tertib ukuran yang lebih baik daripada FR4 biasa. Tetapi tumpuan Rogers hanya 0.001 atau kurang. Apabila bahan FR4 digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi, terdapat perbezaan yang dapat dilihat dalam kehilangan penyisihan. Kehilangan masukan ditakrif sebagai kehilangan kuasa dalam penghantaran isyarat dari titik A ke titik B apabila menggunakan FR4, Rogers, atau bahan lain.

Masalah penghasilan

Papan PCB yang boleh dipakai memerlukan kawalan pengendalian yang lebih ketat, faktor penting untuk peranti yang boleh dipakai, kerana persamaan pengendalian boleh menghasilkan penghantaran isyarat yang lebih bersih. Sebelum ini, toleransi piawai untuk jejak pembawa isyarat adalah ±10%. Penunjuk ini jelas tidak cukup baik untuk sirkuit kelajuan tinggi frekuensi hari ini. Keperluan semasa adalah ±7%, dan dalam beberapa kes walaupun ±5% atau kurang. Parameter ini, bersama dengan pembolehubah lain, boleh mempengaruhi dengan berat penghasilan PCB yang boleh dipakai dengan kawalan impedance yang terutama ketat, dengan sebab itu membatasi bilangan pedagang yang boleh menghasilkannya. Toleransi konstan dielektrik laminat yang dibuat dari bahan UHF Rogers secara umum dikekalkan pada ±2%, dan beberapa produk boleh mencapai ±1%. Rogers boleh ditemui mempunyai kehilangan penyisihan yang sangat rendah dengan dua bahan ini. Tumpuan Rogers mempunyai setengah kerugian transmisi dan penyisihan dibandingkan dengan bahan FR4 konvensional. Dalam kebanyakan kes, biaya penting. Bagaimanapun, Rogers boleh menyediakan kerugian relatif rendah prestasi pengumpulan frekuensi tinggi pada titik harga yang diterima. Untuk aplikasi komersial, Rogers boleh digabung dengan FR4 berasaskan epoksi untuk membuat PCB hibrid, dengan beberapa lapisan menggunakan bahan Rogers dan yang lain menggunakan FR4. Apabila memilih tumpukan Rogers, frekuensi adalah pertimbangan utama. Apabila frekuensi melebihi 500MHz, penjana papan PCB cenderung memilih bahan Rogers, terutama untuk sirkuit RF/microwave, kerana bahan-bahan ini boleh menyediakan prestasi yang lebih tinggi apabila jejak di atas ketat dikawal oleh impedance. Bahan Rogers juga menawarkan kehilangan dielektrik yang lebih rendah dibandingkan bahan FR4, dan konstan dielektrik mereka stabil di julat frekuensi luas. Selain itu, bahan Rogers boleh menyediakan prestasi kehilangan penyisihan rendah ideal yang diperlukan untuk operasi frekuensi tinggi. Koefisien pengembangan panas (CTE) bahan seri Rogers 4000 mempunyai kestabilan dimensi yang baik. Ini bermakna bahawa pengembangan dan kontraksi panas papan boleh dikekalkan pada had yang stabil pada frekuensi yang lebih tinggi dan siklus suhu yang lebih tinggi apabila papan dijalankan siklus reflow sejuk, panas dan sangat panas dibandingkan dengan FR4. Dalam kes tumpukan hibrid, Rogers dan FR4 prestasi tinggi boleh mudah dicampur bersama-sama menggunakan teknologi proses penghasilan umum, jadi ia relatif mudah untuk mencapai hasil penghasilan tinggi. Stackup Rogers tidak memerlukan proses persiapan yang ditentukan. FR4 biasa tidak dapat mencapai prestasi elektrik yang sangat dipercayai, tetapi bahan-bahan FR4 prestasi tinggi mempunyai ciri-ciri kepercayaan yang baik, seperti Tg yang lebih tinggi, masih relatif kosong rendah, dan boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi yang luas, dari rancangan audio sederhana ke aplikasi microwave kompleks. Pertimbangan Design RF/Microwave

Teknologi boleh dibawa dan Bluetooth membuka jalan untuk aplikasi RF/microwave dalam pakaian. 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 frekuensi ultra tinggi (UHF) dalam julat 10 GHz hingga 25 GHz. Oleh itu, untuk papan PCB yang boleh dipakai, bahagian RF memerlukan perhatian lebih dekat kepada isu kabel, isyarat terpisah, dan menjaga jejak yang menghasilkan isyarat frekuensi tinggi jauh dari tanah. Pertimbangan lain termasuk: menyediakan penapis bypass, kondensator pemisahan yang sesuai, mendarat, dan merancang garis penghantaran dan kembali hampir sama. Name Kondensator penutup perlu ditempatkan lebih dekat dengan pin peranti yang membawa isyarat kuasa. Garis penghantaran kelajuan tinggi dan gelung isyarat memerlukan pesawat tanah diantara isyarat pesawat kuasa untuk membersihkan kegelisahan dari isyarat bunyi. Pada kelajuan isyarat yang lebih tinggi, ketidakpadanan pengendalian kecil boleh menyebabkan penghantaran yang tidak seimbang dan menerima isyarat, yang menyebabkan gangguan. Oleh itu, perhatian istimewa mesti diberikan kepada masalah yang sepadan penghalangan yang berkaitan dengan isyarat RF, yang mempunyai kelajuan tinggi dan toleransi istimewa. Garis transmisi RF memerlukan impedance kawal untuk menghantar isyarat RF dari substrat IC khusus ke papan PCB. Garis transmisi ini boleh dilaksanakan dalam lapisan luar, atas dan bawah, dan juga boleh dirancang dalam lapisan tengah. Kaedah yang digunakan semasa rancangan RF bagi PCB adalah microstrip, floating stripline, coplanar waveguide atau grounding. Garis garis microstrip terdiri dari panjang tetap logam atau jejak dan seluruh pesawat tanah atau sebahagian dari pesawat tanah langsung di bawahnya. Impedansi karakteristik dalam struktur garis microstrip umum adalah dari 50Ω ke 75Ω. Garis garis garis ditangguh adalah kaedah lain untuk menjalankan dan menekan bunyi. Garis ini terdiri dari kawat lebar-tetap pada lapisan dalaman dan pesawat tanah besar di atas dan di bawah konduktor tengah. Pesawat tanah di sandwich antara pesawat kuasa dan demikian menyediakan kesan pendaratan yang sangat efektif. Ini adalah kaedah yang disukai untuk penghalaan isyarat RF pada papan PCB yang boleh dipakai. Pemandu gelombang Coplanar boleh menyediakan pengasingan yang lebih baik dekat garis RF dan garis yang perlu dikesan dekat bersama. Media ini terdiri dari panjang konduktor tengah dan pesawat tanah di kedua-dua sisi atau di bawah. Kaedah penghantaran isyarat RF adalah garis garis garis tergantung atau panduan gelombang koplanar. Dua kaedah ini menyediakan pengasingan yang lebih baik antara isyarat dan jejak RF. Penggunaan yang disebut "melalui pagar" dicadangkan pada kedua-dua sisi panduan gelombang koplanar. pendekatan ini menyediakan baris vias tanah pada setiap lapisan tanah logam konduktor tengah. Jejak utama yang berjalan di tengah-tengah ditangkap di setiap sisi, dengan itu memberikan semula jalan pintas semasa ke formasi di bawah. Pendekatan ini mengurangkan aras bunyi yang berkaitan dengan kesan ripple tinggi pada isyarat RF. Konstant dielektrik 4.5 tetap sama dengan bahan FR4 prepreg, sementara prepreg-dari microstrip, stripline, atau offset stripline-mempunyai konstant dielektrik sekitar 3.8 hingga 3.9. Dalam beberapa peranti yang menggunakan pesawat tanah, vias buta mungkin digunakan untuk meningkatkan prestasi pemisahan kapasitor bekalan kuasa dan menyediakan laluan shunt dari peranti ke tanah. Laluan shunt ke tanah boleh pendek panjang melalui, yang melayani dua tujuan: anda tidak hanya mencipta shunt atau tanah, tetapi anda boleh mengurangi jarak penghantaran peranti dengan tanah kecil, yang merupakan faktor reka RF papan PCB yang penting.