PCB材料

PCB一般由疊層組成
，這些疊層可能用纖維增強型環氧樹脂(FR4)
、聚酰亞胺或羅傑斯(Rogers)材料或其它層壓材料製造。不同層之間的絕緣材料被稱為半固化片。

可穿戴設備要求很高的可靠性，因此當PCB設計師麵臨著使用FR4(具有最高性價比的PCB製造材料)或更先進更昂貴材料的選擇時
，這將成為一個問題。

如果可穿戴PCB應用要求高速、高頻材料，FR4可能不是最佳選擇。FR4的介電常數(Dk)是4.5，更先進的Rogers 4003係列材料的介電常數是3.55


，而兄弟係列Rogers 4350的介電常數是3.66。


yigediecengdejiedianchangshuzhideshidiecengfujinyiduidaotizhijiandedianronghuonengliangyuzhenkongzhongzheduidaotizhijiandianronghuonengliangdebizhi。zaigaopinshi

，zuihaoshiyouhenxiaodesunhao

，yinci
，jiedianxishuwei3. 66的Roger 4350比介電常數是4.5的FR4更適合更高頻率的應用。

正常情況下，可穿戴設備用的PCB層數從4層到8層。層的構建原則是，如果是8層PCB，它應能提供足夠的地層和電源層並將布線層夾在中間。這樣，串擾中的紋波效應就能保持最小，並能顯著減少電磁幹擾(EMI)。

在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)版(ban)圖(tu)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，版(ban)圖(tu)安(an)排(pai)方(fang)案(an)一(yi)般(ban)是(shi)將(jiang)大(da)塊(kuai)地(di)層(ceng)緊(jin)靠(kao)電(dian)源(yuan)分(fen)配(pei)層(ceng)。這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)形(xing)成(cheng)很(hen)低(di)的(de)紋(wen)波(bo)效(xiao)應(ying)，係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)也(ye)能(neng)被(bei)減(jian)小(xiao)到(dao)幾(ji)乎(hu)為(wei)零(ling)。這(zhe)對(dui)射(she)頻(pin)子(zi)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)。

與Rogers材料相比
，FR4具有較高的耗散因數(Df)，特別是在高頻的時候。對於更高性能的FR4疊層來說，Df值在0.002左右，比普通FR4要好一個數量級。不過Rogers的疊層隻有0.001或更小。當將FR4材料用於高頻應用時
，就會在插損方麵產生明顯的差異。插損被定義為在使用FR4、Rogers或其它材料時信號從A點傳輸到B點的功率損失。

製造問題

可穿戴PCB要(yao)求(qiu)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)的(de)阻(zu)抗(kang)控(kong)製(zhi)，對(dui)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)來(lai)說(shuo)這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)因(yin)素(su)
，阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)更(geng)加(jia)幹(gan)淨(jing)的(de)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)。在(zai)較(jiao)早(zao)前(qian)，信(xin)號(hao)承(cheng)載(zai)走(zou)線(xian)的(de)標(biao)準(zhun)公(gong)差(cha)是(shi)±10%。這個指標對今天的高頻高速電路來顯然不夠好。現在的要求是±7%，在有些情況下甚至達±5%或更小。這個參數以及其它變量會嚴重影響這些阻抗控製特別嚴格的可穿戴PCB的製造，進而限製了能夠製造它們的商家數量。

采用Rogers特高頻材料做的疊層的介電常數公差一般保持在±2%，有些產品甚至可以達到±1%
，相比之下FR4疊層的介電常數公差高達10%，因此，比較這兩種材料可以發現Rogers的插損特別低。與傳統的FR4材料相比，Rogers疊層的傳輸損耗和插損要低一半。

在大多數情況下，成本最重要。然而
，Rogers能以可接受的價位提供相對低損耗的高頻疊層性能。對商業應用來說，Rogers可以和基於環氧樹脂的FR4一起做成混合PCB
，其中一些層采用Rogers材料
，其它層采用FR4。

在選擇Rogers疊層時
，頻率是首要考慮因素。當頻率超過500MHz時，PCB設計師傾向於選擇Rogers材料，特別是對射頻/微波電路來說，因為上麵的走線受到嚴格的阻抗控製時，這些材料可以提供更高的性能。

與FR4材料相比，Rogers材料還能提供更低的介電損耗，其介電常數在很寬的頻率範圍內都很穩定。另外，Rogers材料可以提供高頻工作要求的理想低插損性能。

Rogers 4000係列材料的熱膨脹係數(CTE)具有優異的尺寸穩定性。這意味著與FR4相比
，當PCB經曆冷、熱和非常熱的回流焊循環時，電路板的熱脹冷縮可以在更高頻率和更高溫度循環下保持在一個穩定的限值。

在混合疊層情形下，可以輕鬆地使用通用製造工藝技術將Rogers和高性能FR4混合在一起使用
，因此也相對容易實現高的製造良率。Rogers疊層不需要專門的過孔準備工序。

普通FR4無法實現非常可靠的電氣性能，但高性能FR4材料確實有良好的可靠特性
，比如更高的Tg，仍然相對較低的成本
，並能用於種類廣泛的應用
，從簡單的音頻設計到複雜的微波應用。

射頻/微波設計考慮

便攜式技術和藍牙為可穿戴設備中的射頻/微波應用鋪平了道路。今天的頻率範圍正變得越來越動態。還在幾年前
，甚高頻(VHF)被定義為2GHz~3GHz。但現在我們可以見到範圍在10GHz到25GHz之間的超高頻(UHF)應用。

因此對可穿戴PCB來說，射頻部分要求更加密切地關注布線方麵的問題


，要把信號單獨分開，使產生高頻信號的走線遠離地。其它考慮因素包括：提供旁路濾波器，足夠的去耦電容，接地

，將傳輸線和回路線設計的幾乎相等。

旁路濾波器可以抑製噪聲內容和串擾的紋波效應。去耦電容需要放置在更靠近承載電源信號的器件引腳旁邊。

高gao速su傳chuan輸shu線xian和he信xin號hao回hui路lu要yao求qiu在zai電dian源yuan層ceng信xin號hao間jian布bu置zhi一yi個ge地di層ceng，用yong於yu平ping滑hua噪zao聲sheng信xin號hao產chan生sheng的de抖dou動dong。在zai較jiao高gao的de信xin號hao速su度du時shi
，很hen小xiao的de阻zu抗kang失shi配pei都dou會hui造zao成cheng不bu平ping衡heng的de傳chuan輸shu和he接jie收shou信xin號hao，從cong而er產chan生sheng失shi真zhen。因yin此ci必bi須xu特te別bie留liu意yi與yu射she頻pin信xin號hao有you關guan的de阻zu抗kang匹pi配pei問wen題ti
，因yin為wei射she頻pin信xin號hao具ju有you很hen高gao的de速su度du和he特te殊shu的de容rong限xian。

射頻傳輸線要求控製阻抗以便將射頻信號從特定的IC基底傳送到PCB。這些傳輸線可以在外層、頂層和底層實現
，也可以設計在中間層。

在PCB射頻設計版圖期間使用的方法有微帶線
、懸浮的帶狀線、共麵型波導或接地。微帶線由固定長度的金屬或走線以及位於正下方的整個地平麵或部分地平麵組成。一般微帶線結構中的特征阻抗從50Ω到75Ω。


xuanfudaizhuangxianshilingwaiyizhongbuxianheyizhizaoshengdefangfa。zhezhongxianyouneicengshanggudingkuandudebuxianhezhongxindaotishangxiadedakuaidipingmianzucheng。dipingmianjiazaidianyuancengzhongjian，yincikeyitigongfeichangyouxiaodejiedixiaoguo。duikechuandaiPCB射頻信號布線來說這是優選的一種方法。

gongmianbodaokeyizaishepinxianluhexuyaozouxiankaojindexianlufujintigonggenghaodegeli。zhezhongjiezhiyouyiduanzhongxindaotiheliangpanghuoxiafangdedipingmianzucheng。chuansongshepinxinhaodezuijiafangfashixuanfudaizhuangxianhuogongmianbodao。zheliangzhongfangfakeyizaixinhaoheshepinzouxianzhijiantigonggenghaodegeli。

在共麵波導兩邊推薦使用所謂的“過孔圍欄”。這zhe種zhong方fang法fa可ke以yi在zai中zhong心xin導dao體ti的de每mei個ge金jin屬shu地di平ping麵mian上shang提ti供gong一yi排pai接jie地di過guo孔kong。在zai中zhong間jian運yun行xing的de主zhu要yao走zou線xian在zai每mei邊bian都dou有you圍wei欄lan

，因yin此ci給gei返fan回hui電dian流liu提ti供gong了le到dao下xia麵mian地di層ceng的de捷jie徑jing。這zhe種zhong方fang法fa可ke以yi減jian少shao與yu射she頻pin信xin號hao高gao紋wen波bo效xiao應ying有you關guan的de噪zao聲sheng電dian平ping。4.5的介電常數保持與半固化片FR4材料相同，而半固化片—從微帶線、帶狀線或偏移帶狀線—的介電常數約3.8到3.9。

在(zai)使(shi)用(yong)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)某(mou)些(xie)設(she)備(bei)中(zhong)，可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)用(yong)盲(mang)孔(kong)來(lai)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)電(dian)容(rong)的(de)去(qu)耦(ou)性(xing)能(neng)，並(bing)提(ti)供(gong)從(cong)器(qi)件(jian)到(dao)地(di)的(de)分(fen)流(liu)路(lu)徑(jing)。到(dao)地(di)的(de)分(fen)流(liu)路(lu)徑(jing)可(ke)以(yi)縮(suo)短(duan)過(guo)孔(kong)的(de)長(chang)度(du)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)達(da)成(cheng)兩(liang)個(ge)目(mu)的(de)：你不僅創建了分流或地，而且可以減少具有小塊地的器件的傳輸距離，這是一個重要的射頻設計因素。

 

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