Технология PCB - при проектировании устройства PCB необходимо учитывать три важных фактора!

по малому объёму, there is almost no ready-made printed плата цепирастущие стандарты сетевого рынка одежды. Before these standards came out, плата цепиИнженеры заводов должны опираться на знания и опыт производства, приобретенные в ходе разработки панелей, и думать о том, как их применять к уникальным и новым вызовам.

три аспекта требуют нашего особого внимания. They are: плата цепиповерхностный материал, RF/микроволновая проектная и радиочастотная линия передачи.

PCB material

PCB обычно состоит из слоистых пластин, которые могут быть изготовлены из волокнистых эпоксидных смол (FR4), полиимида, Роджерса или других слоистых листов. изоляционный материал между различными слоями называется препрегом.

требование высокой надежности оборудования, so when PCB designers are faced with the choice of using FR4 (the most cost-effective PCB manufacturing material) or more advanced and more expensive materials, Это станет проблемой.

Ifносить PCBПриложение требует высокоскоростной передачи данных, high-frequency materials, FR4 может быть не лучшим выбором. The dielectric constant (Dk) of FR4 is 4.5, the dielectric constant of the more advanced Rogers 4003 series material is 3.55, and the dielectric constant of the brother series Rogers 4350 is 3.66.

Figure 1: Stack-up diagram of a multi-layer circuit board

На рисунке показаны материалы FR4 и Rogers 4350, а также толщина слоя

диэлектрическая постоянная слоистой плиты означает отношение емкости или энергии между проводником и проводником вблизи слоистой плиты и между емкостью или энергией в вакууме. высокая частота, it is best to have a small loss. поэтому, Roger 4350 with a dielectric constant of 3.66 больше, чем диэлектрической константы FR4 для приложений с более высокой частотой.5.

в нормальных условиях, the number of PCB layers for wearable devices ranges from 4 to 8 layers. принцип слоистой структуры заключается в том, что если это так 8 - й этаж PCB, Он должен быть способен обеспечить достаточное заземление и уровень питания, а также зажимать провода. In this way, the ripple effect in crosstalk can be kept to a minimum and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced.

In the плата цепиэтап проектирования компоновки, the layout plan is generally to put a large ground layer close to the power distribution layer. Это может создать очень низкий эффект ряби, and the system noise can also be reduced to almost zero. это особенно важно для радиочастотных подсистем.

по сравнению с материалами Роджерса, FR4 имеет более высокий коэффициент потерь (ДФ), особенно при высоких частотах. для более высокой производительности FR4 слоистой пластины, Df значение около 0002, лучше, чем обычный FR4. Однако стек Роджерса был только 001 или ниже. когда материал FR4 используется для ВЧ - приложений, вставить потери будут существенно различаться. потери при вставке означают потерю мощности при использовании FR4, Rogers или других материалов, от точки A до точки B.

Проблема изготовления

для ношения PCB требуется более строгий контроль сопротивлений, что является важным фактором, позволяющим носить оборудование. совпадение импедансов может привести к более четкой передаче сигнала. ранее стандартный допуск на ношение следов сигнала составлял ± 10%. для современных высокочастотных и высокоскоростных схем этот показатель явно недостаточен. В настоящее время требования составляют ± 7%, а в некоторых случаях ± 5% или менее. Этот и другие переменные серьезно скажутся на импедансном контроле над производством, которое носит исключительно жесткий характер и которое ограничивает число предприятий, способных их производить.

The dielectric constant tolerance of the laminate made of Rogers UHF materials is generally maintained at ±2%, некоторые продукты могут даже достигать ± 1%. In contrast, допуск диэлектрической проницаемости пласта FR4 достигает 10%. поэтому, сравнение этих двух материалов позволяет обнаружить, что потери от вставки Роджерса особенно низкие. Compared with the traditional FR4 material, потеря передачи в стеке Роджерса и потеря вставки уменьшились наполовину.

In most cases, себестоимость важнее всего. However, Роджерс способен обеспечить относительно низкие потери характеристики высокочастотных слоёв по приемлемой цене. использовать в коммерческом применении, Rogers can be made into a гибридная платаиспользование эпоксидной базы FR4, some of which are made of Rogers material, Другие слои сделаны FR4.

When choosing a Rogers stack, частота - главный фактор. When the frequency exceeds 500MHz, конструктор PCB предпочел выбрать материалы Rogers, especially for RF/микроволновая схема, because these materials can provide higher performance when the upper traces are strictly controlled by impedance.

по сравнению с материалами FR4 материалы Роджерса могут также обеспечивать более низкие диэлектрические потери и их диэлектрические константы стабильны в широком диапазоне частот. Кроме того, материал Роджерса может обеспечить идеальные низкопробные характеристики износа при высокочастотных операциях.

The Coefficient of Thermal Expansion (CTE) of Rogers 4000 series materials has excellent dimensional stability. This means that compared with FR4, при низкой температуре PCB, hot and very hot reflow cycles, термическое расширение и усадка металлов плата цепиcan be maintained at a stable limit under higher frequency and higher temperature cycles.

В случае смешанных штабелей легко смешивать Роджерса с высокопроизводительным FR4 с использованием обычных производственных технологий, и поэтому относительно легко добиться более высоких темпов производства. стек Роджерса не требует особого процесса подготовки к проходу.

обычный FR4 не может получить очень надежные электрические свойства, но материалы с высокими характеристиками FR4 действительно имеют хорошую надежность, such as higher Tg, стоимость остается относительно низкой, and can be used in a wide range of applications, от простого проектирования аудио до сложного применения микроволн.

радиочастота / микроволны

Design considerations

портативные технологии и технологии "Bluetooth" открывают путь для применения радиочастот / микроволн в портативных устройствах. сегодня диапазон частот становится все более динамичным. несколько лет назад ОВЧ (VHF) были определены как 2GHz ~ 3GHz. Но теперь мы видим применение ультравысоких частот (УВЧ) от 10 ГГц до 25 ГГц.

Therefore, for wearable PCBs, радиочастотная часть требует большего внимания к проблеме подключения, and the signals should be separated separately, отпечаток высокочастотных сигналов должен быть вдали от земли. Other considerations include: providing a bypass filter, достаточный развязывающий конденсатор, grounding, проектировать линии передачи и линии орошения почти одинаково.

боковые фильтры могут подавлять уровень шумов и эффект волны. конденсатор развязки должен быть расположен ближе к выводам устройства, передающего сигнал мощности.

High-speed transmission lines and signal loops require a ground layer to be placed between the power layer signals to smooth the jitter generated by noise signals. с большей скоростью сигнала, small impedance mismatches will cause unbalanced transmission and reception of signals, вызывать искажение. Therefore, особое внимание необходимо уделять вопросу согласования сопротивлений с радиочастотными сигналами, because the radio frequency signal has a high speed and a special tolerance.

радиочастотная линия передачи требует управления сопротивлением для передачи радиочастотных сигналов с определенной базы IC на PCB. Эти линии могут быть установлены в наружном, Верхнем и нижнем слоях или спроектированы в промежуточном слое. - - -

метод, используемый при проектировании PCB RF, floating strip lines, плоский волновод, or grounding. микроленточная линия состоит из металлической или металлической проволоки фиксированной длины, and the entire ground plane or part of the ground plane directly below it. общее поле сопротивлений структуры микрополос составляет от 50 до 75 © включительно.

Рисунок 2: плоскостной волновод может быть установлен в линиях радиочастот, необходимо проводить проводки

обеспечить лучшую изоляцию вблизи очень близких линий

Suspended stripline is another method of wiring and suppressing noise. линия состоит из сплошных пластов с неподвижной шириной внутренней поверхности и с центральной поверхностью и снизу. The ground plane is sandwiched between the power plane, Таким образом, он может обеспечить весьма эффективный эффект приземления. This is the preferred method for wearable PCB проводка радиосигналов.

Coplanar waveguides can provide better isolation between RF lines and lines that need to be routed closer. эта среда состоит из центрального проводника и прилегающего пласта с обеих сторон или снизу. The best way to transmit radio frequency signals is to suspend strip lines or coplanar waveguides. Эти два способа лучше изолировать сигнал от радиочастотной линии.

рекомендуется использовать так называемые "перегородки через отверстие" по обеим сторонам плоского волновода. Этот метод может обеспечить ряд заземленных отверстий на плоскости заземления каждого металла центрального проводника. по обе стороны главной линии, проходящей посередине, имеется ограждение, которое обеспечивает кратчайший путь для обратного потока в землю. Этот метод может снизить уровень шума, связанного с эффектом высокослоистых волн радиосигналов. 4.5 диэлектрические константы остаются такими же, как и в материалах FR4, предварительно пропитанных, а диэлектрические константы предварительно пропитанных материалов (микрополосные, полосовые или отклоняемые полосы) составляют примерно 3,8 - 3,9.

Рисунок 3: рекомендуется установить диафрагмовое ограждение по обе стороны плоского волновода.

In some devices that use a ground plane, слепое отверстие может быть использовано для улучшения развязки конденсаторов питания и обеспечения пути от оборудования к земле. путь к заземлению шунт может сократить длину проходного отверстия, which can achieve two purposes: you not only create a shunt or ground, одновременно снижается дальность передачи малой площади оборудования, which is an important RF design factor.