PCB部落格 - 可穿戴PCB板設計中應注意的幾個問題

由於體積小 PCB電路板, 對於不斷增長的可穿戴物聯網市場，幾乎沒有現成的印刷電路板標準. 在這些標準出臺之前, 我們必須依靠在板級開發中學習的知識和製造經驗，並思考如何將其應用於獨特的新興挑戰. 有3個方面需要我們特別注意. 它們是電路板表面資料, 射頻/微波 設計 和射頻傳輸線.

PCB板 布料

PCB板s通常由層壓板組成, which may be made of fiber-reinforced epoxy resin (FR4), 聚醯亞胺或羅傑斯資料或其他層壓資料. 不同層之間的絕緣材料稱為預浸料.

施工中應注意的幾個要點 設計 可穿戴的 PCB板s

Wearable devices require high reliability, 那麼什麼時候 PCB板 設計ers are faced with the choice of using FR4 (a cost-effective PCB板 manufacturing 材料) or more advanced 和 more expensive 材料, 這將成為一個問題. 如果可穿戴 PCB板 應用需要高速, 高頻資料, FR4可能不是選擇. The dielectric constant (Dk) of FR4 is 4.5, 更先進的Rogers 4003系列資料的介電常數為3.55, brother series Rogers 4350的介電常數為3.66. 層壓板的介電常數是指層壓板附近一對導體之間的電容或能量與真空中一對導體之間的電容或能量之比. 在高頻下, 損失很小. 因此, 羅傑4350，介電常數為3.66比介電常數為4的FR4更適用於更高頻率的應用.5. 在正常情况下, 可穿戴設備的PCB層數從4層到8層不等. 分層構造的原則是，如果是8層 PCB板, 它應該能够提供足够的接地和電源層，並夾住佈線層. 以這種管道, the ripple effect in crosstalk can be maintained and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced. 在電路板佈局中 設計 階段, 平面佈置圖通常在配電層附近放置一個較大的地面層. 這可以形成非常低的漣漪效應, 系統雜訊也可以降低到幾乎為零. 這對於射頻子系統尤其重要. 與羅傑斯資料相比, FR4 has a higher dissipation 因素 (Df), 尤其是在高頻下. 用於更高效能的FR4層壓板, Df值約為0.002, 這比普通FR4好一個數量級. 然而, 羅傑斯的堆棧只有0.001或更少. 當FR4資料用於高頻應用時, 插入損耗將有顯著差异. 插入損耗定義為使用FR4時訊號從A點到B點的功率損耗, 羅傑斯或其他資料.

Manufacturing problem

Wearable PCB板s需要更嚴格的阻抗控制. 這是可穿戴設備的一個重要因素. 阻抗匹配可以產生更清晰的訊號傳輸. 早期的, 訊號傳輸軌跡的標準公差為±10%. 對於今天的高頻和高速電路來說，這個名額顯然不够好. 當前要求為±7%, 在某些情况下甚至是±5%或更少. 該參數和其他變數將嚴重影響這些可穿戴設備的製造 PCB板具有特別嚴格的阻抗控制, 從而限制了能够製造它們的企業數量. 由羅傑斯超高頻資料製成的層壓板的介電常數公差通常保持在±2%, 有些產品甚至可以達到±1%. 相反, FR4層壓板的介電常數公差高達10%. 因此, 比較這兩種資料可以發現，羅傑斯的插入損耗特別低. 與傳統FR4資料相比, 羅傑斯堆棧的傳輸損耗和插入損耗低一半. 在大多數情况下, 成本問題. 然而, Rogers可以以可接受的價位提供相對低損耗的高頻層壓板效能. 用於商業應用, Rogers可以用環氧樹脂基FR4製成混合PCB, 其中一些層使用羅傑斯資料, 其他層使用FR4. 選擇羅傑斯堆棧時, 頻率是首要考慮因素. 當頻率超過500MHz時, PCB板 設計羅傑斯傾向於選擇羅傑斯資料, 特別是射頻/微波電路, 因為當上部記錄道受到嚴格的阻抗控制時，這些資料可以提供更高的效能. 與FR4資料相比, Rogers資料還可以提供較低的介電損耗, 其介電常數在較寬的頻率範圍內穩定. 此外, Rogers資料可以提供高頻操作所需的理想低插入損耗效能. The coefficient of thermal expansion (CTE) of Rogers 4000 series 材料 has excellent dimensional stability. 這意味著與FR4相比, 當 PCB板 經受寒冷, 熱回流焊和極熱回流焊迴圈, 在更高頻率和更高溫度迴圈下，電路板的熱膨脹和收縮可以保持在穩定極限. 在混合堆疊的情况下, 使用通用制造技術科技很容易將Rogers和高性能FR4混合在一起, 囙此，相對容易實現高制造成品率. 羅傑斯堆棧不需要特殊的通孔準備過程. 普通FR4不能實現非常可靠的電力效能, 但高性能FR4資料確實具有良好的可靠性特徵, 例如更高的Tg, 成本仍然相對較低, 可廣泛應用, 來自簡單音訊 設計 適用於複雜的微波應用.

射頻/微波 設計 considerations

Portable technology and Bluetooth have paved the way for RF/微波在可穿戴設備中的應用. 今天的頻率範圍變得越來越動態. 幾年前, very high frequency (VHF) was defined as 2GHz3GHz. But now we can see ultra-high frequency (UHF) applications ranging from 10GHz to 25GHz. 因此, 可穿戴 PCB板s, 射頻部分需要更多注意接線問題, 訊號必須分開, 產生高頻訊號的軌跡必須遠離地面. 其他注意事項包括：提供旁路篩檢程式, 足够的去耦電容器, 接地, and 設計使傳輸線和回流線幾乎相等. 旁路濾波器可以抑制雜訊含量和串擾的紋波效應. 去耦電容器需要放置在更靠近承載功率訊號的設備引脚的位置. 高速傳輸線和訊號電路需要在功率層訊號之間放置接地層，以平滑雜訊訊號產生的抖動. 在更高的訊號速度下, 小阻抗失配將導致訊號傳輸和接收不平衡, 導致失真. 因此, 必須特別注意與射頻訊號相關的阻抗匹配問題, 因為射頻訊號具有高速和特殊的容差. 射頻傳輸線需要受控阻抗，以便將射頻訊號從特定IC基板傳輸到 PCB板. 這些傳輸線可以在外層實現, 頂層和底層, 或者他們可以 設計中間層的ed. 射頻佈局過程中使用的方法 PCB板 包括微帶線, 懸掛帶狀線, 共面波導, 或接地. 微帶線由固定長度的金屬或軌跡和整個接地層或其正下方的接地層的一部分組成. 一般微帶線結構中的特性阻抗範圍為50Ω到75Ω.

可穿戴的3大領域 PCB板 設計ers need to pay attention to

Suspended 帶狀線 is another method of wiring and suppressing noise. 該線路由內層上的固定寬度佈線和中心導體上方和下方的大接地層組成. 地平面夾在電源平面之間, 囙此，它可以提供非常有效的接地效果. 這是可穿戴設備上射頻訊號佈線的首選方法 PCB板s. 共面波導可以在射頻線和需要走得更近的線之間提供更好的隔離. 該介質由中央導體和兩側或下方的接地層組成. 傳輸射頻訊號的方法是懸浮帶狀線或共面波導. 這兩種方法可以在訊號和射頻軌跡之間提供更好的隔離. 建議在共面波導的兩側使用所謂的“過孔圍欄”. 該方法可以在中心導體的每個金屬接地平面上提供一排接地過孔. 中間的主道兩邊都有柵欄, 從而為返回電流提供了一條捷徑. 該方法可以降低與射頻訊號的高紋波效應相關的雜訊級. 4的介電常數.5與預浸料的FR4資料相同, 而微帶預浸料的介電常數, stripline, 或偏移帶狀線約為3.8到3.9. 在一些使用地平面的設備中, 盲孔可用於改善功率電容器的去耦效能，並提供從設備到地面的分流路徑. 到地的分流路徑可以縮短通孔的長度, 這可以實現兩個目的：你不僅可以創建一個分流器或接地, 同時也减少了小接地裝置的傳輸距離, 這是一個重要的射頻 PCB板設計 factor .