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

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

2022-01-10
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Author:pcb

Due to the small volume and size of Scheda PCB, Non esiste quasi uno standard di circuiti stampati pronti per il crescente mercato dell'IoT indossabile. Before these standards came out, Abbiamo dovuto affidarci alle conoscenze e all'esperienza produttiva apprese nello sviluppo a livello di board e pensare a come applicarle alle sfide emergenti uniche. There are three areas that require our special attention. Sono materiali di superficie del circuito stampato, RF/microondeprogettazione and RF transmission lines.

PCB board material

PCB boards are generally composed of laminates, which may be made of fiber-reinforced epoxy resin (FR4), Poliimide o Rogers o altri materiali laminati. The insulating material between the different layers is called a prepreg.

Scheda PCB

Diversi punti chiave che devono essere presi in considerazione nelprogettazione of wearable PCB boards

Wearable devices require high reliability, così quando scheda PCBprogettazioneers are faced with the choice of using FR4 (a cost-effective PCB board manufacturing material) or more advanced and more expensive materials, questo diventerà un problema. If wearable PCB board applications require high-speed, materiali ad alta frequenza, FR4 may not be the choice. The dielectric constant (Dk) of FR4 is 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, there is very little loss. Pertanto, Roger 4350 with a dielectric constant of 3.66 è più adatto per applicazioni ad alta frequenza rispetto a FR4 con una costante dielettrica di 4.5. In circostanze normali, the number of PCB layers for wearable devices ranges from 4 to 8 layers. Il principio della costruzione dello strato è che se si tratta di una scheda PCB a 8 strati, it should be able to provide enough ground and power layers and sandwich the wiring layer. In questo modo, the ripple effect in crosstalk can be maintained and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced. Nel layout del circuito stampatoprogettazione stage, il piano di layout è generalmente quello di posizionare un grande strato di terra vicino allo strato di distribuzione dell'energia. This can form a very low ripple effect, e il rumore del sistema può anche essere ridotto a quasi zero. This is especially important for the radio frequency subsystem. Rispetto al materiale Rogers, FR4 has a higher dissipation fattore (Df), soprattutto alle alte frequenze. For higher performance FR4 laminates, il valore Df è intorno a 0.002, che è un ordine di grandezza migliore del normale FR4. Tuttavia, Lo stack di Rogers è solo 0.001 or less. Quando i materiali FR4 sono utilizzati per applicazioni ad alta frequenza, there will be significant differences in insertion loss. 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.

Manufacturing problem

Wearable PCB boards require stricter impedance control. Questo è un fattore importante per i dispositivi indossabili. Impedance matching can produce cleaner signal transmission. Prima, the standard tolerance for signal carrying traces was ±10%. Questo indicatore ovviamente non è abbastanza buono per i circuiti ad alta frequenza e ad alta velocità odierni. The current requirement is ±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 imprese che possono fabbricarle. The dielectric constant tolerance of the laminate made of Rogers UHF materials is generally maintained at ±2%, e alcuni prodotti possono anche raggiungere ±1%. In contrast, la tolleranza costante dielettrica del laminato FR4 è fino al 10%. Pertanto, Questi due materiali possono essere trovati che la perdita di inserzione di Rogers è particolarmente bassa. Rispetto ai materiali tradizionali FR4, the transmission loss and insertion loss of the Rogers stack are half lower. Nella maggior parte dei casi, cost matters. However, Rogers can provide relatively low-loss high-frequency laminate performance at an acceptable price point. Per applicazioni commerciali, Rogers può essere trasformato in un PCB ibrido con FR4 a base epossidica, some layers of which use Rogers material, e altri strati usano FR4. When choosing a Rogers stack, la frequenza è la considerazione primaria. When the frequency exceeds 500MHz, PCB boardprogettazioneI pazienti tendono a scegliere i materiali Rogers, especially for RF/circuiti a microonde, because these materials can provide higher performance when the upper traces are subject to strict impedance control. Rispetto al materiale FR4, Rogers material can also provide lower dielectric loss, e la sua costante dielettrica è stabile in un ampio intervallo di frequenza. In addition, Il materiale di Rogers può fornire la prestazione ideale di perdita di inserzione bassa richiesta dall'operazione ad alta frequenza. The coefficient of thermal expansion (CTE) of Rogers 4000 series materials has excellent dimensional stability. Ciò significa che rispetto a FR4, when the PCB board undergoes cold, cicli di saldatura a riflusso caldo e molto caldo, the thermal expansion and contraction of the circuit board can be maintained at a stable limit under higher frequency and higher temperature cycles. In caso di impilamento misto, È facile da usare la tecnologia comune del processo di produzione per mescolare Rogers e FR4 ad alte prestazioni insieme, quindi è relativamente facile raggiungere un alto rendimento di produzione. The Rogers stack does not require a special via preparation process. Il FR4 ordinario non può raggiungere prestazioni elettriche molto affidabili, ma i materiali FR4 ad alte prestazioni hanno buone caratteristiche di affidabilità, come Tg più alto, still relatively low cost, e può essere utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, from simple audioprogettazione Applicazioni complesse a microonde.

RF/Microondeprogettazione considerations

Portable technology and Bluetooth have paved the way for RF/Applicazioni a microonde in dispositivi indossabili. Today's frequency range is becoming more and more dynamic. Qualche anno fa, very high frequency (VHF) was defined as 2GHzï½ 3GHz. But now we can see ultra-high frequency (UHF) applications ranging from 10GHz to 25GHz. Pertanto, for wearable PCB boards, la parte di radiofrequenza richiede maggiore attenzione ai problemi di cablaggio, and the signals must be separated separately, e le tracce che generano segnali ad alta frequenza devono essere tenute lontane dal suolo. Altre considerazioni includono: fornire un filtro bypass, adequate decoupling capacitors, messa a terra, andprogettazioneLa linea di trasmissione e la linea di ritorno devono essere quasi uguali. The bypass filter can suppress the noise content and the ripple effect of crosstalk. I condensatori di disaccoppiamento devono essere posizionati più vicino ai pin del dispositivo che trasportano segnali di potenza. High-speed transmission lines and signal circuits require a ground layer to be placed between the power layer signals to smooth the jitter generated by the noise signal. A velocità del segnale più elevate, small impedance mismatches will cause unbalanced transmission and reception of signals, con conseguente distorsione. Therefore, special attention must be paid to the impedance matching problem related to the radio frequency signal, perché il segnale a radiofrequenza ha una velocità elevata e una tolleranza speciale. Radio frequency transmission lines require controlled impedance in order to transmit radio frequency signals from a specific IC substrate to the PCB board. Queste linee di trasmissione possono essere implementate sullo strato esterno, the top layer and the bottom layer, o possono essereprogettazioneed in the middle layer. I metodi utilizzati durante il layout RF della scheda PCB includono linee microstrip, suspended strip lines, Guide d'onda complanari, or grounding. La linea microtrip è composta da un metallo o da una traccia di lunghezza fissa e l'intero piano di terra o parte del piano di terra direttamente sotto di essa. L'impedenza caratteristica nella struttura generale della linea microstrip varia da 50Ω a 75Ω.

Three major areas that wearable PCB boardprogettazioneers need to pay attention to

Suspended stripline is another method of wiring and suppressing noise. This line consists of fixed-width wiring on the inner layer and a large ground plane above and below the center conductor. Il piano terra è incastrato tra il piano di potenza, so it can provide a very effective grounding effect. Questo è un metodo preferito per il cablaggio del segnale RF su schede PCB indossabili. Coplanar waveguides can provide better isolation between RF lines and lines that need to be routed closer. Questo mezzo è costituito da un conduttore centrale e piani di terra su entrambi i lati o sotto. The method of transmitting radio frequency signals is suspended stripline or coplanar waveguide. Questi due metodi possono fornire un migliore isolamento tra il segnale e la traccia RF. Si consiglia di utilizzare i cosiddetti "recinti via" su entrambi i lati della guida d'onda complanare. This method can provide a row of ground vias on each metal ground plane of the center conductor. La traccia principale che corre nel mezzo ha recinzioni su ogni lato, thus providing a shortcut for the return current to the ground below. Questo metodo può ridurre il livello di rumore associato all'alto effetto ripple del segnale RF. The dielectric constant of 4.5 rimane lo stesso del materiale FR4 del prepreg, while the dielectric constant of the prepreg from microstrip, stripline, or offset stripline is about 3.8 a 3.9. In alcuni dispositivi che utilizzano un piano di terra, blind vias may be used to improve the decoupling performance of the power capacitor and provide a shunt path from the device to the ground. Il percorso dello shunt al suolo può accorciare la lunghezza della via, which can achieve two purposes: you not only create a shunt or ground, ma anche ridurre la distanza di trasmissione dei dispositivi con terra piccola, which is an important RF PCB boardprogettazione factor .