基础指导可穿戴 PCB 设计

由于它们的尺寸和尺寸都很小，对于不断增长的可穿戴物联网市场来说，几乎没有印刷电路板标准。在它们出现之前，我们将不得不依靠我们对板级开发和制造经验的了解，并仔细考虑它们如何应用于那里出现的独特挑战。我们应该特别关注的三个方面是：板面材料、射频/微波设计和射频传输线。

PCB 材料
PCB 层由层压板组成，可以由 FR4（纤维增强环氧树脂）、聚酰亚胺或 Rogers 材料或层压板制成。不同层之间的绝缘称为pre-preg。

可穿戴设备需要高度的可靠性，当 PCB 设计人员面临选择使用 FR4（最具成本效益的 PCB 制造材料）或更先进、更昂贵的材料时，这成为一个问题。

如果可穿戴 PCB 应用需要高速、高频材料，FR4 可能不是最佳答案。 FR4 的介电常数 (Dk) 为 4.5，而更先进的 Rogers 4003 系列材料的 Dk 为 3.55，而其配套系列 Rogers 4350 的 Dk 为 3.66。

层压板的 Dk 是指层压板附近的一对导体与真空中的那对导体之间的电容或能量。在高频下，希望有一个非常小的损耗，因此 Rogers 4350 的 Dk 为 3.66 与 FR4 的 Dk 为 4.5 相比，对于高频电路更理想

通常，可穿戴设备的层数从四层到八层不等。层结构是这样的，如果它是一个八层 PCB，它提供足够的接地和电源平面来夹住布线层。因此，串扰中的纹波效应被保持在最小，并且电磁干扰或EMI显着降低。

在电路板布局阶段，布局时间表是这样的，接地平面紧挨着配电层。这会产生低纹波效应，并且系统噪声几乎降至零。这对于射频子系统尤其重要。

与 Rogers 的材料相比，FR4 具有较高的损耗因数 (Df)，尤其是在高频下。更高性能 FR4 层压板的 Df 值在 0.002 的范围内，比常规 FR4 好一个数量级。然而，罗杰斯的层压板是 0.001 或更小。因此，当 FR4 材料经受高频时，插入损耗就会产生有意义的差异。插入损耗定义为从 A 点传输到 B 点的信号功率损耗，这是由于使用层压板（例如 FR4、Rogers 或其他材料）造成的。

制造问题
可穿戴 PCB 需要更严格的阻抗控制，这是可穿戴设备的基本要素，可实现更清晰的信号传播。早些时候，信号承载迹线的标准容差为 +/-10%。这对于当今的高频、高速电路来说还不够好。现在的要求是 +/-7%，在某些情况下为 +/-5% 甚至更低。这些变量和其他变量会对阻抗控制极其严格的可穿戴 PCB 的制造产生负面影响，从而限制了能够制造它们的制造车间的数量。

由 Rogers 极高频材料制成的层压板保持在 +/-2% 的 Dk 容差范围内。有些甚至可以保持 +/-1% 的 DK 容差，而 FR4 层压板的 Dk 容差为 10%，因此在比较这两种材料时，插入损耗极低。与传统的 FR4 材料相比，这会将 Rogers 的传输和插入损耗限制在不到一半。

在大多数情况下，成本是最重要的。然而，罗杰斯以可接受的成本提供了一种具有高频性能的相对低损耗的层压板。对于商业应用，它可以与环氧树脂基 FR4 结合使用，用于混合 PCB，其中一些层是 Rogers 的材料，其他层是 FR4。

在选择 Rogers 的层压板时，频率是首要考虑因素。随着频率超过 500 兆赫 (MHz)，PCB 设计人员倾向于使用 Rogers 材料而不是 FR4，特别是对于射频/微波电路，因为这些材料在严格阻抗控制的走线中表现更好。

与 FR4 相比，罗杰斯材料还提供低介电损耗，并提供在宽频率范围内稳定的 Dk。此外，它们的插入损耗低，非常适合高频操作。

Rogers 4000 系列的热膨胀系数 (CTE) 具有出色的尺寸稳定性。这意味着当 PCB 经历冷、热和非常热的回流循环时，与 FR4 相比，电路板的膨胀和收缩在更高的频率和更高的温度循环下保持在稳定的极限。

在混合层压板堆叠情况下，Rogers 可以使用常见的制造工艺技术轻松地与高性能 FR4 混合，从而相对容易地获得良好的制造良率。罗杰斯的层压板不需要专门的准备工作。

FR4 通常在可靠的电气性能方面表现不佳，但高性能 FR4 材料确实具有良好的可靠性特性，例如较高的 Tg，仍然相对较低的成本，并且能够从简单的复杂微波应用的音频设计。

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