Dati PCB - Diversi punti a cui prestare attenzione nella progettazione di schede PCB indossabili

A causa del piccolo volume e delle dimensioni della scheda PCB, non esiste quasi uno standard di circuiti stampati pronti per il crescente mercato IoT indossabile. Prima che questi standard venissero pubblicati, dovevamo affidarci alle conoscenze e all'esperienza di produzione apprese nello sviluppo a livello di board e pensare a come applicarli alle sfide emergenti uniche. Ci sono tre aree che richiedono la nostra particolare attenzione. Sono materiali di superficie del circuito stampato, progettazione RF/microonde e linee di trasmissione RF. MaterialeLe schede PCB sono generalmente composte da laminati, che possono essere realizzati in resina epossidica rinforzata con fibra (FR4), materiale poliimide o Rogers o altri materiali laminati. Il materiale isolante tra i diversi strati è chiamato prepreg.

Diversi punti chiave a cui occorre prestare attenzione nella progettazione di schede PCB indossabili Dispositivi indossabili richiedono alta affidabilità, quindi quando i progettisti di schede PCB si trovano di fronte alla scelta di utilizzare FR4 (un materiale di produzione di schede PCB conveniente) o materiali più avanzati e più costosi, questo diventerà un problema. Se le applicazioni di schede PCB indossabili richiedono materiali ad alta velocità e ad alta frequenza, FR4 potrebbe non essere la scelta. La costante dielettrica (Dk) di FR4 è 4,5, la costante dielettrica del materiale più avanzato della serie Rogers 4003 è 3,55 e la costante dielettrica della serie fratello Rogers 4350 è 3,66. La costante dielettrica di un laminato si riferisce al rapporto tra la capacità o l'energia tra una coppia di conduttori vicino al laminato e la capacità o l'energia tra la coppia di conduttori in vuoto. Alle alte frequenze, c'è pochissima perdita. Pertanto, Roger 4350 con una costante dielettrica di 3,66 è più adatto per applicazioni di frequenza superiore rispetto a FR4 con una costante dielettrica di 4,5. In circostanze normali, il numero di strati PCB per dispositivi indossabili varia da 4 a 8 strati. Il principio della costruzione dello strato è che se si tratta di una scheda PCB a 8 strati, dovrebbe essere in grado di fornire abbastanza strati di terra e potenza e sandwich lo strato di cablaggio. In questo modo, l'effetto di ondulazione nella conversazione incrociata può essere mantenuto e l'interferenza elettromagnetica (EMI) può essere significativamente ridotta. Nella fase di progettazione del layout del circuito stampato, il piano di layout è generalmente quello di posizionare un grande strato di terra vicino allo strato di distribuzione dell'energia. Questo può formare un effetto ripple molto basso e il rumore del sistema può anche essere ridotto a quasi zero. Ciò è particolarmente importante per il sottosistema radiofrequenza. Rispetto al materiale Rogers, FR4 ha un fattore di dissipazione più elevato (Df), soprattutto alle alte frequenze. Per i laminati FR4 ad alte prestazioni, il valore Df è di circa 0,002, che è un ordine di grandezza migliore del normale FR4. Tuttavia, lo stack di Rogers è solo 0,001 o meno. Quando i materiali FR4 sono utilizzati per applicazioni ad alta frequenza, ci saranno differenze significative nella perdita di inserzione. La perdita di inserimento è definita come la perdita di potenza del segnale dal punto A al punto B quando si utilizza FR4, Rogers o altri materiali. Le schede PCB indossabili richiedono un controllo dell'impedenza più rigoroso. Questo è un fattore importante per i dispositivi indossabili. La corrispondenza di impedenza può produrre la trasmissione del segnale più pulita. In precedenza, la tolleranza standard per le tracce di trasporto del segnale era ±10%. Questo indicatore ovviamente non è abbastanza buono per i circuiti ad alta frequenza e ad alta velocità odierni. Il requisito attuale è ±7%, e in alcuni casi anche ±5% o meno. Questo parametro e altre variabili influenzeranno seriamente la produzione di queste schede PCB indossabili con controllo dell'impedenza particolarmente rigoroso, limitando così il numero di aziende che possono produrle. La tolleranza costante dielettrica del laminato realizzato con materiali Rogers UHF è generalmente mantenuta ad ±2%, e alcuni prodotti possono persino raggiungere ±1%. Al contrario, la tolleranza costante dielettrica del laminato FR4 è alta fino al 10%. Questi due materiali possono essere trovati che la perdita di inserzione di Rogers è particolarmente bassa. Rispetto ai materiali FR4 tradizionali, la perdita di trasmissione e la perdita di inserzione dello stack Rogers sono metà inferiori. Nella maggior parte dei casi, i costi contano. Tuttavia, Rogers può fornire prestazioni laminate ad alta frequenza relativamente basse a perdita ad un prezzo accettabile. Per le applicazioni commerciali, Rogers può essere trasformato in un PCB ibrido con FR4 a base epossidica, alcuni strati dei quali utilizzano materiale Rogers e altri strati utilizzano FR4. Quando si sceglie uno stack Rogers, la frequenza è la considerazione primaria. Quando la frequenza supera i 500 MHz, i progettisti di schede PCB tendono a scegliere i materiali Rogers, specialmente per i circuiti RF / microonde, perché questi materiali possono fornire prestazioni superiori quando le tracce superiori sono soggette a controllo rigoroso dell'impedenza. Rispetto al materiale FR4, il materiale Rogers può anche fornire una perdita dielettrica più bassa e la sua costante dielettrica è stabile in un'ampia gamma di frequenze. Inoltre, il materiale Rogers può fornire la prestazione ideale di perdita di inserzione bassa richiesta dal funzionamento ad alta frequenza. Il coefficiente di espansione termica (CTE) dei materiali della serie Rogers 4000 ha un'eccellente stabilità dimensionale. Ciò significa che rispetto a FR4, quando la scheda PCB subisce cicli di saldatura a riflusso freddi, caldi e molto caldi, l'espansione termica e la contrazione del circuito possono essere mantenute ad un limite stabile con cicli di frequenza più elevata e temperature più elevate. Nel caso dell'impilamento misto, è facile utilizzare la tecnologia comune del processo di produzione per mescolare Rogers e FR4 ad alte prestazioni insieme, quindi è relativamente facile ottenere un alto rendimento di produzione. Lo stack Rogers non richiede un processo di preparazione speciale. Il normale FR4 non può ottenere prestazioni elettriche molto affidabili, ma i materiali FR4 ad alte prestazioni hanno buone caratteristiche di affidabilità, come Tg più alto, ancora relativamente basso costo, e possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, dalla progettazione audio semplice alle applicazioni a microonde complesse. Considerazioni di progettazione RF / Microonde Tecnologia portatile e Bluetooth hanno aperto la strada per applicazioni RF / microonde in dispositivi indossabili. La gamma di frequenze di oggi sta diventando sempre più dinamica. Alcuni anni fa, la frequenza molto alta (VHF) è stata definita come 2GHz～3GHz. Ma ora possiamo vedere applicazioni ad altissima frequenza (UHF) che vanno da 10GHz a 25GHz. Pertanto, per le schede PCB indossabili, la parte a radiofrequenza richiede più attenzione ai problemi di cablaggio e i segnali devono essere separati separatamente e le tracce che generano segnali ad alta frequenza devono essere tenute lontane dal terreno. Altre considerazioni includono: fornire un filtro bypass, condensatori di disaccoppiamento adeguati, messa a terra e progettare la linea di trasmissione e la linea di ritorno per essere quasi uguali. Il filtro bypass può sopprimere il contenuto di rumore e il rip