欢迎来到鸭脖-鸭脖官网-鸭脖娱乐

30年专注于鸭脖娱乐的生产

经验丰富,专注鸭脖娱乐

全国咨询热线

18938882223
主页 > 技术资料 >

技术资料

可穿戴PCB设计的三个注意事项

小物联网市场几乎没有现成的PCB标准。在这些标准出台之前,我们必须依靠板材层面开发所学的知识和制造经验,思考如何将其应用于独特的新兴挑战。有三个领域需要特别关注。电路板表面材料、射频/微波设计和射频传输线。

PCB一般由层叠组成,这些层叠可能由纤维增强型环氧树脂(FR4)、聚酰亚胺或罗杰斯(Rogers)材料或其他层叠材料制成。不同层间的绝缘材料称为半固化片。

可穿戴设备要求可靠性高,因此PCB设计师面临使用FR4(性价比最高的PCB制造材料)或者选择更先进、更昂贵的材料成为问题。

如果可穿PCB应用程序要求高速、高频材料,FR4可能不是最佳选择。FR4的介电常数(Dk)为4.5,更先进的Rogers,4003系列材料的介电常数为3.55,而兄弟系列的Rogers,4350的介电常数为3.66。

图1:多层电路板的重叠图显示了FR4材料和Rogers4350和核心层厚度。

重叠的介电常数是指重叠附近一对导体之间的电容量和能量与真空中这对导体之间的电容量和能量的比值。高频时,最好有小损失。因此,介电系数为3.66的Rogert4350比介电常数为4.5的FR4更适合高频的应用。

正常情况下,可穿戴设备用的PCB层数4层到8层。楼层的构建原则是,如果是8层PCB,应该能够提供足够的楼层和电源层,将布线层夹在中间。这样,串联干扰中的波纹效果可以保持最小,并且可以显著减少电磁干扰(EMI)。

在电路板布局设计阶段,布局布局方案一般将大地板靠近电源分配层。这样可以形成很低的波纹效果,系统噪音也可以减少到几乎为零。这对射频子系统尤为重要。

与Rogers材料相比,FR4具有较高的消耗因数(Df),特别是在高频时。对于性能更高的FR4层,DF值约为0.002,比普通FR4更好。但是,Rogers的重叠只有0.001以上。当FR4材料用于高频应用时,插入损坏会产生明显差异。插入损失定义为使用FR4、Rogers或其他材料时信号从a点传输到b点的功率损失。

可穿戴PCB需要更严格的阻力控制,对可穿戴设备来说是重要因素,阻力匹配可以产生更清洁的信号传输。在较早之前,信号承载线的标准公差为10%。这个指标对于今天高频高速电路明显不够好。现在的要求是7%,有时甚至达到5%以上。该参数和其他变量严重影响了这些阻抗控制特别严格的可穿戴PCB的制造,限制了可以制造的业者数量。

由Rogers特高频材料制成的重叠介电常数公差一般保持在2%,部分产品达到1%,与FR4重叠介电常数公差相比达到10%,因此与这两种材料相比,Rogers的插入损失特别低。与传统的FR4材料相比,Rogers层的传输损失和插入损失减少了一半。

往往成本最重要。但是,Rogers可以以可接受的价格提供比较低损失的高频重叠性能。对于商业应用来说,Rogers可以和基于环氧树脂的FR4一起混合PCB,其中层采用Rogers材料,另一些层采用FR4。

选择Rogers重叠时,频率是首要考虑因素。当频率超过500MHz时,PCB设计师更倾向于选择Rogers材料,尤其是对于射频/微波电路来说,因为当上面的走线受到严格的阻抗控制时,这些材料可以提供更高的性能。

与FR4材料相比,Rogers材料可以提供更低的介电损耗,介电常数在广泛的频率范围内稳定。此外,Rogers材料还能提供高频工作要求的理想低插入性能。

Rogers4000系列材料的热膨胀系数(CTE)具有优异的尺寸稳定性。这意味着与FR4相比,当PCB经历冷、热、非常热的回流焊循环时,电路板的热膨胀收缩可以在更高的频率和更高的温度循环下保持稳定的限制值。

在混合层的情况下,可以简单地使用通用的制造技术将Rogers和高性能FR4混合使用,因此相对容易实现高的制造良率。Rogers重叠不需要特殊的孔准备工序。

普通FR4虽然实现非常可靠的电气性能,但高性能FR4材料确实具有较好的可靠性,如更高的Tg,成本相对较低,可广泛应用于种类,从简单的音频设计到复杂的微波应用。

便携技术和蓝牙为可穿戴设备中的射频/微波应用铺平了道路。今天的频率范围越来越动态。几年前,非常高频(VHF)被定义为2GHz~3GHz。但是,现在可以看到范围在10GHz到25GHz之间的超高频(UHF)的应用。

因此,对于可穿戴的PCB,射频部分要求更加密切地关注接线问题,单独分离信号,远离产生高频信号的接线。其他考虑因素是提供旁路过滤器,提供足够的耦合容量,接地,传输线和电路设计几乎相等。

旁路过滤器可以抑制噪音内容和串联的波纹效果。耦合电容器需要放置在更接近承载电源信号的设备引脚旁。

高速传输线和信号电路要求在电源层信号之间设置地板,用于平滑噪声信号的振动。在较高的信号速度下,小阻抗不匹配会导致不平衡的传输和接收信号,从而导致失真。因此,必须特别注意与射频信号相关的阻抗匹配问题。因为射频信号速度高,容量特殊。

射频传输线要求控制阻抗,将射频信号从特定的IC基础传输到PCB。这些传输线可以在外层、顶层和底层实现,也可以设计在中层。

在PCB射频设计图纸期间使用的方法有微带线、悬浮带线、共面型波导或接地。微带线由固定长度的金属或接线和位于正下方的整个地面或部分地面构成。一般的微带线。

悬浮带状线是另一种布线和抑制噪音的方法。该线由内层固定宽度的布线和中心导体上下的大块地平面构成。地面夹在电源层中间,因此能够提供非常有效的接地效果。可穿PCB射频信号布线是最好的方法。

共面波导可以在射频线路和需要接近线路的线路附近提供更好的隔离。该介质由中心导体和两侧或下侧的地平面构成。传输射频信号的最佳方法是悬浮带状线或共面波导。这两种方法可以在信号和射频线之间提供更好的隔离。

共面波导两边推荐使用所谓的过孔围栏。该方法可在中心导体各金属地面上提供一排接地孔。中间运行的主要线路各有围栏,为返回电流提供了下层的捷径。该方法可减少与射频信号高纹波效应相关的噪声电平。4.5的介电常数与半固化片FR4材料保持相同,而半固化片从微带线、带线或偏移带线的介电常数约为3.8至3.9。

在使用地平面的设备中,使用盲孔可能提高电源电容器的耦合性能,提供从设备到地的分流路径。到达地面的分流路径可以缩短孔的长度,不仅可以创造分流和地面,还可以减少小地面设备的传输距离,这是重要的射频设计要素。

18938882223