PCB Teknik - Gizli bir PCB tasarladığında düşünülecek materyal sorunları

Küçük boyutlu ve boyutlu yüzünden, artırılabilir IoT pazarı için PCB hazırlık yapılmış devre tahtası standarti yok. Bu standartlar ortaya çıkmadan önce, board seviyesi geliştirmesinde öğrendiği bilgi ve üretim deneyimini güvenmeliyiz ve onları eşsiz yenilenen sorunlara nasıl uygulayacağımızı düşünmeliyiz. Özel dikkatimizi gereken üç bölge var. They are: circuit board surface materials, RF/microwave design and RF transmission lines.

PCB materyali

PCB genelde laminatlardan oluşur. Bu fiber-güçlü epoksiyle (FR4), poliimiden, Rogers materyallerinden veya diğer laminat materyallerinden oluşabilir. Farklı katlar arasındaki iğrenç maddeleri bir hazırlık denir.

Zayıf aygıtlar yüksek güveniliğe ihtiyaç duyuyor, yani PCB tasarımcıları FR4 (en pahalı etkili PCB üretim maddeleri) ya da daha gelişmiş ve pahalı maddeler kullanmanın seçimi ile karşılaştığında bu bir sorun olacak.

Eğer yorucu PCB uygulamaları yüksek hızlı, yüksek frekans materyalleri gerekirse, FR4 en iyi seçenek olamaz. FR4'nin dielektrik konstantı (Dk) 4,5, daha gelişmiş Rogers 4003 seri maddelerin dielektrik konstantı 3,55 ve kardeş serisinin dielektrik konstantı Rogers 4350'dir 3,66.

1. Görüntü: Çoklu katı devre tahtasının düzenlenme diagram ı, FR4 materyali ve Rogers 4350 ve çekirdek katının kalıntısını gösteriyor.

Laminatın dielektrik konstantı, laminatın yakın bir çift yönetici arasındaki kapasitenin ya da enerjinin oranını, vakuumda yöneticilerin çift arasındaki kapasitenin ya da enerjinin oranını anlatır. Yüksek frekanslarda küçük bir kaybı olmak en iyisi. Bu yüzden, Roger 4350'nun 3.66'deki dielektrik konstantiyle, 4.5'deki dielektrik konstantiyle birlikte FR4'den daha yüksek frekans uygulamaları için daha uygun.

Normal koşullarda, takılabilir aygıtlar için PCB katlarının sayısı 4'den 8 katına kadar uzaktadır. Sınıf inşaatı prensipi, eğer 8 katı PCB olursa, yeterince toprak, güç katlarını sağlayabilir ve sürücü katını sandviç edebilir. In this way, the ripple effect in crosstalk can be kept to a minimum and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced.

Devre tahtası dizaynı sahasında, dizayn plan ı genellikle enerji dağıtım katına büyük bir yer katını koymak. This can form a very low ripple effect, and the system noise can also be reduced to almost zero. Bu radio frekansların altı sistemi için özellikle önemli.

Rogers materyali ile karşılaştırıldığında, FR4'nin yüksek dağıtım faktörü (Df), özellikle yüksek frekanslarda. Yüksek performansın FR4 laminatları için Df değeri 0,002'dir. Bu, normal FR4'den daha iyi bir büyüklük sırası. However, Rogers' stack is only 0.001 or less. FR4 materyali yüksek frekans uygulamaları için kullanıldığında, giriş kaybında önemli bir fark olacak. İçeri kaybı, FR4, Rogers veya diğer materyaller kullandığında A noktadan B noktadan sinyalin güç kaybı olarak tanımlanır.

Yapılım sorunu

Güçlü PCB'nin daha sert impedans kontrolü gerekiyor. Bu da giyinebilir cihazlar için önemli bir faktör. Impedance matching can produce cleaner signal transmission. Daha önce, izler taşıyan sinyal standart toleransi %10. Bu indikator bugün yüksek frekans ve yüksek hızlı devreler için yeterince iyi değil. Şimdiki gerekli ±7%, bazı durumlarda %5 ya da az. Bu parametre ve diğer değişkenler, çok sert impedance kontrolü ile takılabilir PCB üretimini çok etkileyecek, bu yüzden üretilebilen işletme sayısını sınırlayacak.

Rogers UHF materyallerinden yapılmış laminatın dielektrik sürekli toleransi genelde ±2%'de tutuluyor ve bazı ürünler ±1% bile ulaşabilir. Farklı olarak, FR4 laminatının dielektrik sürekli toleransi %10 kadar yüksektir. Bu iki materyali karşılaştırın, Rogers'ın giriş kaybının özellikle düşük olduğunu bulabilir. Compared with the traditional FR4 material, the transmission loss and insertion loss of the Rogers stack are half lower.

Çoğunda, maliyetin en önemlisi. Ancak Rogers, kabul edilebilir fiyat noktasında relativ düşük kaybı yüksek frekans laminat performansını sağlayabilir. Reklamlı uygulamalar için Rogers epoksi tabanlı FR4 ile hibrid bir PCB oluşturulabilir, bazıları Rogers maddelerinden oluşturulmuş ve diğer katlar FR4'den oluşturulmuş.

Rogers takımını seçtiğinde, frekans ilk düşünce. Frekans 500MHz'den fazla olduğunda, PCB tasarımcıları Rogers materyallerini seçmeye alır, özellikle RF/mikrodalga devreleri için, çünkü bu materyaller üst izleri impedance tarafından düzgün kontrol edildiğinde daha yüksek performans sağlayabilir.

FR4 materyaliyle karşılaştırıldı, Rogers materyali de düşük dielektrik kaybını sağlayabilir ve onun dielektrik constant geniş frekans menzilinde stabil. Ayrıca Rogers materyali yüksek frekans operasyonu tarafından gereken ideal düşük giriş kaybı performansını sağlayabilir.

Rogers 4000 seri materyallerin Thermal Expansion (CTE) koeficientü mükemmel boyutlu stabiliyeti var. Bu, FR4 ile karşılaştığında, PCB soğuk, sıcak ve çok sıcak refloz döngüsü sürdüğünde, devre tahtasının sıcak genişlemesi ve kontraksiyonu yüksek frekans ve yüksek sıcaklık döngüsü altında stabil bir sınırda tutabilir.

Karıştırılmış çöplük durumunda, Rogers ve yüksek performans FR4'i birlikte karıştırmak ortak üretim süreci teknolojisini kullanmak kolay, bu yüzden yüksek üretim yiyeceğini elde etmek relatively kolay. Rogers takımı hazırlık süreciyle özel bir şey gerekmiyor.

Normal FR4 çok güvenilir elektrik performansını ulaşamaz, fakat yüksek performanslı FR4 materyalleri, yüksek Tg gibi güvenilir özellikleri vardır, hala relativ düşük maliyetlerdir ve basit ses tasarımından Complex mikrodalga uygulamalarına kadar geniş bir dizi uygulamalarda kullanılabilir.

RF/Microwave tasarımı düşünceleri

Portable technology and Bluetooth have paved the way for RF/microwave applications in wearable devices. Today's frequency range is becoming more and more dynamic. Birkaç yıl önce, çok yüksek frekans (VHF) 2GHz~3GHz olarak tanımlanmıştı. Ama şimdi 10GHz'den 25GHz'e kadar yüksek frekans uygulamalarını görebiliriz.

Bu yüzden, yorulmuş PCB için radyo frekansların bir parçası sürükleme sorunlarına daha fazla dikkati gerekiyor, ve sinyaller ayrı ayrı ayrı ayrı ayrılmalı ve yüksek frekanslar sinyallerini oluşturan izler yerden uzak tutmalıdır. Diğer düşünceler de: Baypass filtrü, yeterli kapasiteleri, yerleştirme ve iletişim çizgisini tasarlamak ve dönüş çizgisini neredeyse eşit olmak için sağlamak.

Baypass filtrü sesin içeriğini ve karıştırma etkisini bastırabilir. Elektrik sinyalleri taşıyan aletlere daha yakın yerleştirilmeli.

Yüksek hızlı transmis çizgileri ve sinyal dönüşü güç katı sinyalleri arasında yeryüzü bir katını yerleştirmek için ses sinyalleri tarafından oluşturduğunu düzeltmek için gerekiyor. Daha yüksek sinyal hızlarında küçük impedans uygulamaları dengelenmeyen yayınlama ve sinyaller alınmasına sebep olur ve bozukluğa sebep olur. Bu yüzden, radyo frekans sinyaliyle ilgili impedans uyuşturucu problemine özel dikkat vermelidir. Çünkü radyo frekans sinyali yüksek hızlı ve özel bir tolerans var.

Radyo frekans yayınlama hatlarının kontrol edilmiş impedans gerekiyor. Radyo frekans sinyallerini özel bir IC aparatından PCB'ye göndermek için. Bu yayınlama çizgileri dış katta, üst katta ve alt katta uygulanabilir ya da orta katta tasarlanılabilir.

PCB RF tasarım dizaynı sırasında kullanılan metodlar mikrostrip çizgilerdir, yüzen strip çizgilerdir, koplanar dalga rehberleri veya yerleştirmedir. The microstrip line consists of a fixed-length metal or trace, and the entire ground plane or part of the ground plane directly below it. The characteristic impedance in the general microstrip line structure ranges from 50Ω to 75Ω.

1. Görüntü: Çoklu katı devre tahtasının düzenlenme diagram ı, FR4 materyali ve Rogers 4350 ve çekirdek katının kalıntısını gösteriyor.

Durumlu strip çizgi, sesi sürdürme ve bastırma başka bir yöntemdir. This line consists of fixed-width wiring on the inner layer and a large ground plane above and below the center conductor. Yer uça ğı elektrik uçağı arasında sandviç edildi, bu yüzden çok etkili bir yerleştirme etkisi sağlayabilir. Bu, PCB radyo frekans sinyal düzenlemesi için tercih edilen yöntemdir.

Koplanar dalga rehberleri, RF hatları ve çizgiler arasında daha yakın yolculuğu sağlayabilir. Bu ortam, iki tarafta ya da a şağıdaki bir ortam yöneticisi ve yeryüzü uçaklarından oluşur. The best way to transmit radio frequency signals is to suspend strip lines or coplanar waveguides. Bu iki yöntem sinyal ve RF izleri arasında daha iyi izolasyon sağlayabilir.

Koplanar dalga rehberinin her iki tarafında "çitler aracılığıyla" denilen bu şekilde kullanılması tavsiye edildi. Bu yöntem, merkez yöneticinin her metal toprak uça ğındaki bir satır fıçı sağlayabilir. Ortada çalışan ana izler her tarafta çitler var, böylece a şağıdaki yere dönüş akışını sağlayacak bir kısayol sağlıyor. Bu yöntem RF sinyalinin yüksek küçük etkisiyle bağlı ses seviyesini azaltır. 4.5'deki dielektrik konstantü preprepreg maddeleğinin FR4 maddeleri ile aynı durumda, mikrostripten, strip çizgisinden, ya da offset strip çizgisinin önündeki diyelektrik konstantı 3.8 ile 3.9 arasındadır.

Yer uça ğını kullanan bazı aygıtlarda, kör viallar enerji teslimatı kapasitesinin etkinliğini geliştirmek için kullanılabilir ve cihazdan yere uzak bir yol sağlayabilir. Yere dönüş yolu, aracılığın uzunluğunu kısayabilir, bu iki amaçla ulaşabilir: sadece bir çukur veya toprak yaratmak değil, aynı zamanda küçük bir bölge ile aygıtların iletişim mesafesini de kısayabilir. Bu da önemli bir RF tasarım faktörü.