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可穿戴装备设计有哪些要求

--可穿戴PCB设计要求关注基础材料

供稿:中国工控网 2016/8/3 13:48:45

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  • 关键词: 可穿戴装备设计
  • 摘要:PCB一般由叠层结合,这些叠层可能性用纤维增强型环氧树脂(FR4)、聚酰亚胺或罗杰斯(Rogers)材料或其它层压材料创造。两样层之间的绝缘材料被称为半固化片。

            

鉴于体积和尺寸都很小,对日益增进的可穿戴Internet of things市面来说差一点没有即兴成的印刷电路板准则。在这些准则面世之前,咱们不得不依赖在板级开拓中所学的知和创造经历,并思惟怎样将它们使用于独特的新生挑动。有三个土地需求咱们特殊加以以关怀,它们是:电路板外表材料,射频/微波设计和射频传输线。

PCB材料

PCB一般由叠层结合,这些叠层可能性用纤维增强型环氧树脂(FR4)、聚酰亚胺或罗杰斯(Rogers)材料或其它层压材料创造。两样层之间的绝缘材料被称为半固化片。

可穿戴装备请求很高的可靠性,故此当PCB设计师面对着应用FR4(具有最高性价比的PCB创造材料)或更上进更昂贵材料的选择时,这将成为一个问题。

如其可穿戴PCB使用请求迅速、高频材料,FR4可能性不是最佳选择。FR4的介电常数(Dk)4.5,更上进的Rogers 4003系列材料的介电常数是3.55,而兄弟系列Rogers 4350的介电常数是3.66


可穿戴PCB设计要求关注基础材料


1:多层电路板的叠层图,图中显示了FR4材料和Rogers 4350以及核心层厚度

一个叠层的介电常数指的是叠层附近一对半导体之间的电容或能量与真空间这对半导体之间电容或能量的比值。在高频时,最好是有很小的亏耗,故此,介电系数为3. 66Roger 4350比介电常数是4.5FR4更符合更高频比值的使用。

正常情况下,可穿戴装备用的PCB层数从4层到8层。层的构建原则是,如其是8PCB,它应能供十足的地层和电源层并将布线层夹在中间儿。这么,串扰中的纹波效应就能保全最小,并能显着减轻电磁干扰(EMI)

在电路板版图设计阶段,版图安置方案一般是将大矩地层紧贴电源分派层。这么可以形成很低的纹波效应,体系噪声也能被减少到差一点为零。这对射频子体系来说更要紧。

Rogers材料相形,FR4具有较高的耗散因数(Df),特殊是在高频的时辰。对更高机能的FR4叠层来说,Df值在0.002左右,比普通FR4要好一个数级。不度过Rogers的叠层除非0.001或更小。当将FR4材料用于高频使用时,就会在插损方面发出显著的差异。插损被界说为在应用FR4Rogers或其它材料时记号从A点传输到B点的功比值破财。

创造问题

可穿戴PCB请求更其严厉的阻抗把持,对可穿戴装备来说这是一个要紧的要素,阻抗配合可以发出更其彻底的记号传输。在较早前,记号承载走线的准则公差是±10%。这个指标对今天的高频迅速电路来显然不够好。即兴在的请求是±7%,在有些情况下甚至达±5%或更小。这个参数以及其它变量会严重影响这些阻抗把持特殊严厉的可穿戴PCB的创造,进而限度局限了能行创造它们的商家数。

选择Rogers特高频材料做的叠层的介电常数公差一般保全在±2%,有些出品甚至可以达成±1%,相形之下FR4叠层的介电常数公差高达10%,故此,比较这两种材料可以发明Rogers的插损特殊低。与传统的FR4材料相形,Rogers叠层的传输亏耗和插损要低一半。

在大多数数情况下,成本最要紧。但是,Rogers能以可领受的价位供对立低亏耗的高频叠层机能。对商使用来说,Rogers可以和基于环氧树脂的FR4一齐做成混合PCB,就中一些层选择Rogers材料,其它层选择FR4

在选择Rogers叠层时,频比值是主要思索要素。当频比值超度过500MHz时,PCB设计师动向于选择Rogers材料,特殊是对射频/微波电路来说,因上面的走线受到严厉的阻抗把持时,这些材料可以供更高的机能。

FR4材料相形,Rogers材料还能供更低的介电亏耗,其介电常数在很宽的频比值范畴内都很固定定。余外,Rogers材料可以供高频任务请求的梦想低插损机能。

Rogers 4000系列材料的热膨大系数(CTE)具有优良的尺寸固定定性。这意味着与FR4相形,当PCB经验冷、热和异常热的回流动焊循环时,电路板的热胀冷缩可以在更高频比值和更高温度循环下保全在一个固定定的限值。

在混合叠层境地下,可以自在地应用通用创造工艺技术将Rogers和高机能FR4混合在一齐应用,故此也对立容易实即兴高的创造良比值。Rogers叠层不需求特意的度过孔预备工序。

普通FR4无法实即兴异常可靠的electrical机能,但高机能FR4材料确凿有良好的可靠特征,譬如更高的Tg,依然对立较低的成本,并能用于种类普遍的使用,从简略的音频设计到复杂的微波使用。

射频/微波设计思索

便携式技术和蓝牙为可穿戴装备中的射频/微波使用铺平了途径。今天的频比值范畴正变得越来越动态。还在几年前,甚高频(VHF)被界说为2GHz~3GHz。但即兴在咱们可以见到范畴在10GHz25GHz之间的超高频(UHF)使用。

故此对可穿戴PCB来说,射频有些请求更其紧密地关怀布线方面的问题,要把记号独立划分,使发出高频记号的走线远离地。其它思索要素包含:供旁路滤波器,十足的去耦电容,接地,将传输线和邮路线设计的差一点相当。

旁路滤波器可以压抑噪声情节和串扰的纹波效应。去耦电容需求停在更靠近承载电源记号的器件伸脚边缘。

迅速传输线和记号邮路请求在电源层记号间部署一个地层,用于平坦噪声记号发出的抖动。在较高的记号速时,很小的阻抗失配都会造成不抵消的传输和收执记号,从而发出失真。故此务必特殊留神与射频记号关于的阻抗配合问题,因射频记号具有很高的速和特别的容限。

射频传输线请求把持阻抗以便将射频记号从特定的IC基底传送到PCB。这些传输线可以在外层、顶层和底层实即兴,也可以设计在中间儿层。

PCB射频设计版图间应用的方法有微带线、悬浮的带状线、共面型波导或接地。微带线由恒定长度的金属或走线以及位于正下方的全部地平面或有些地平面结合。一般微带线构造中的特点阻抗从50Ω到75Ω。


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2:共面波导可以在射频线路和需求走线靠很近的线路附近供更好的割裂

悬浮带状线是余外一种布线和压抑噪声的方法。这种线由内层上恒定宽度的布线和中心半导体上下的大矩地平面结合。地平面夹在电源层中间儿,故此可以供异常有效的接地效实。对可穿戴PCB射频记号布线来说这是优选的一种方法。

 

共面波导可以在射频线路和需求走线靠近的线路附近供更好的割裂。这种介质由一段中心半导体和两旁或下方的地平面结合。传送射频记号的最佳方法是悬浮带状线或共面波导。这两种方法可以在记号和射频走线之间供更好的割裂。

 

在共面波导两边引荐应用所谓的“度过孔围栏”。这种方法可以在中心半导体的每个金属地平面上供一排接地度过孔。在中间儿运转的首要走线在每边都有围栏,故此给返专电流动供了到下面地层的近路。这种方法可以减轻与射频记号高纹波效应关于的噪声电平。4.5的介电常数保全与半固化片FR4材料相通,而半固化片—从微带线、带状线或偏移带状线—的介电常数约3.83.9


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3:在共面波导的两侧引荐应用度过孔围栏

在应用地平面的某些装备中,可能性会应用盲孔来提高电源电容的去耦机能,并供从器件到地的分流动路径。到地的分流动路径可以缩短度过孔的长度,这么可以达两个目标:你不仅创办了分流动或地,同时可以减轻具有小块地的器件的传输距离,这是一个要紧的射频设计要素。




            

审核编辑(王雪)
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