Чух, че много хардуерни инженери се сблъскват с основен въпрос по време на етапа на избор на проект: защо трябва да избираме специално RF платки за високо-честотни RF сценарии, въпреки че са конвенционалниfr4 платкиможе да завърши основното окабеляване? И двете изглеждат като носители на печатни платки, носещи електронни компоненти, но в действителност има съществени разлики в характеристиките на материала, логиката на дизайна, точността на процеса и границите на приложение. Изборът на грешна платка може да доведе до прекомерна загуба на сигнал и удължени цикли на отстраняване на грешки в проекта, докато в тежки случаи може директно да причини функционална повреда на продукта и да провали тестовете за съответствие в индустрията.
Основни основни разлики: всеобхватна диференциация от материали до производителност
1. Логиката при избора на субстрат е съвсем различна
По-голямата част от конвенционалните платки използват fr4 епоксидни стъклени платове, които са най-широко използваните платки с общо-предназначение в електронната индустрия. Те разчитат на епоксидна смола като свързващ агент, с ниска цена и силна съвместимост при обработката, напълно адаптирани към нуждите на по-голямата част от ниско{3}}честотните цифрови схеми и обикновените аналогови схеми. Неговата диелектрична константа (Dk) обаче има лоша стабилност, варира значително с температура и честота и има висок коефициент на диелектрични загуби (Df). При сценарии с висока-честота над 100MHz, енергията на сигнала бързо намалява, което го прави неспособен да отговори на изискванията за предаване на радиочестотни сигнали.
RF платките трябва да използват специализирани ниски загубивисока честотасубстрати. Понастоящем основните платки в индустрията са разделени на три категории:
(1) Субстрат от политетрафлуороетилен (PTFE): Представителните модели включват серия Rogers RT/duroid 5880 и Taicony TLY с изключително силна стабилност на диелектричната константа и ниски диелектрични загуби, специално проектирани за сценарии с ултра-висока честота на милиметрови вълни над 2GHz;
(2) Субстрат от керамичен пълнеж от въглеродна водородна смола: Представителните модели включват Rogers RO4350B и Isola I-Tera MT40, които постигат отличен баланс между производителност, възможност за обработка и цена. В момента това е най-широко използваната основна RF платка в областта на 5G базовите станции и автомобилната електроника;
(3) Модифициран високо{1}}производителен fr4 субстрат: Представителният модел е Isola FR408HR, който значително оптимизира Dk/Df параметрите в сравнение с обикновения FR-4. Цената е контролируема и подходяща за чувствителни към разходите неосновни RF сценарии от 2,4 GHz до 6 GHz.
2. Изискванията за проектиране и точност на процеса варират значително
Основният дизайн на конвенционалната платка е да завърши електрическите връзки, стига окабеляването да е включено и изключено и да отговаря на основния капацитет за носене на ток. Няма задължително изискване за контрол на импеданса и толерансът за толеранс на ширината на окабеляването и точността на подравняване на междинния слой е висок.
Ядрото на дизайна на RF платката е осигуряването на целостта на сигнала, което изисква строг контрол на характеристичния импеданс на предавателната линия по време на целия процес. Индустриалният стандарт е 50 Ω или 75 Ω, а изискването за отклонение на импеданса се контролира в рамките на ± 2% до ± 3%. При проектирането е необходимо да се следва принципът на "най-краткия път на окабеляване", да се поддържа целостта на еталонната заземена равнина по време на целия процес и да се постигне екраниране и изолация чрез плътно заземяване чрез масив, за да се избегне изтичане на радиация на сигнала и кръстосани смущения между съседни кабели. Изискванията за контрол на грапавостта на медното фолио, толеранса на дебелината на диелектричния слой и паразитните параметри през -отворите по време на производствения процес са изключително строги и способността на процеса на обикновените фабрики за печатни платки не може да покрие производствените стандарти на такива висок-крайни платки.
Типични примери за продукти
Представителни продукти на конвенционални платки
8-слойна промишлена контролна платка fr4 висока-издигаща се платка: използвайки субстрат с висок TG fr4, поддържащ медно окабеляване с дебелина 4 Oz, може да носи високи токови натоварвания в сценарии за промишлен контрол, широко използвани в обикновени контролери за промишлени роботи и контролни платки за интелигентни домове, с контролирана цена и силна стабилност в масовото производство.
|
|
14-слойна печатна платка с материал M6: Принадлежи към многослойна платка с висока-производителност fr4, която също има определена възможност за високо{4}}скоростно предаване на сигнала. Обикновено се използва в главната управляваща верига на дънни платки на сървъри за потребителска електроника и обикновени камери за сигурност и е основният избор в текущото поле за цифрови схеми.
|
|
4-слойна обикновена платка за управление на домакински уреди: използване на евтин-субстрат FR-4, опростен процес, изключително ниски разходи за масово производство, подходящ за основните нужди за управление на бяла техника и малка потребителска електроника.
RF представителен продукт за платка
Uniwell Circuits 16 слоя RO4350B+RO4450F платка със слепи дупки: използвайки Rogers високо-честотна технология за смесено напрежение, остатъчната купчина се контролира в рамките на 50,8 μm, точността на импеданса може да достигне ± 2%, специално проектирана за 5G Sub-6GHz базова станция RF устройства, може да издържи висока изходна мощност от 43dBm, вмъкване загуба По-малко или равно на 0,4dB/100mm;
|
|
77 GHz автомобилен милиметров вълнов радар PTFE RF платка: Изработена от PTFE субстрат, с грапавост на микролентовата линия Ra По-малка или равна на 0,08 μm, отклонение на импеданса По-малко или равно на ± 2%, общ размер, контролиран в рамките на 50 mm × 50 mm, отговарящ на антивибрационните изисквания от 2000 Hz в сценарии за превозни средства.
|
|
RF платка, базирана на сателитна комуникация PI: използвайки полиимиден високо{0}}честотен субстрат, работният температурен диапазон обхваща -60 градуса ~125 градуса, MTBF (средно време между отказите) е по-голямо или равно на 100 000 часа и може стабилно да предава 15GHz RF сигнали в екстремни космически среди.
Области на приложение
Конвенционалните платки със зрели процеси и изключително висока{0}}ефективност покриват огромното мнозинство от ниско{1}}честотни сценарии с общо-целево предназначение:
В областта на потребителската електроника: контролна платка за обикновени домакински уреди, част от цифрова схема на интелигентни носими устройства, контролна платка за интелигентен дом без RF
Индустриално контролно поле: обикновени PLC контролери, захранващи задвижващи платки за промишлени роботи, невисоко прецизни индустриални сензорни платки за обработка на сигнали
Полето за сигурност на потребителите: основна контролна платка за обикновени камери, верига за управление без RF за системи за контрол на достъпа
RF платките са основни продукти при сценарии с висока{0}}честота, като основните приложения са концентрирани в области, които изискват изключително високо качество на предаване на сигнала:
Безжично комуникационно поле: 5G/6G базова станция RF модул, WiFi 7 рутер RF модул, сателитно комуникационно приемо-предавателно оборудване
Област на автомобилната електроника: 77GHz радар с милиметрови вълни, монтирана на превозно средство T-BOX RF верига, автомобилен клас Bluetooth/5G комуникационен модул
Аерокосмически и отбранителни полета: радиочестотна платка на въздушен радар, комуникационен модул за ракети, платка за приемане на сателитен навигационен сигнал
Област на медицинско оборудване: верига за предаване на сигнал за платка с радиочестотна намотка с магнитен резонанс и оборудване за високо{0}}честотна терапия
Практически предложения за индустрията за избор
Не преследвайте сляпо "платки с висока производителност": Ако работната честота на вашия проект е под 100MHz и няма строги изисквания за контрол на импеданса, използването на обикновена платка fr4 може напълно да отговори на вашите нужди. Принудителното избиране на PTFE високочестотни платки само ще увеличи разходите с 3-5 пъти и няма практическа стойност;
Не използвайте обикновен fr4, за да „компенсирате числата“ в RF сценарии: Много инженери се опитват да използват обикновен fr4 вместо високо-честотни платки в RF проекти над 2 GHz, за да намалят разходите. Това обаче в крайна сметка води до проблеми като прекомерна загуба на сигнал, недостатъчно комуникационно разстояние и хармонични смущения, които могат значително да увеличат общите разходи за отстраняване на грешки в проекта и дори да провалят тестването за сертифициране.
fr4 платки, висока честота