随着可穿戴物联网设备的迅速发展，可穿戴设备PCB在这一领域的应用变得愈加广泛。
然而，由于这些设备的体积和尺寸相对较小，制定适用的印刷电路板标准变得异常困难。
因此，PCB设计师和制造商必须克服一系列独特的挑战，以确保可穿戴设备的性能和可靠性。
文章目录
PCB材料的选择
FR4 vs. Rogers
PCB通常由多层堆叠而成，而这些层又可以使用不同的材料制成。
常见的材料包括纤维增强型环氧树脂（FR4）、聚酰亚胺或罗杰斯（Rogers）材料，以及其他层压材料。在选择材料时，需要考虑导电性能和信号质量。
可穿戴设备对PCB的可靠性要求极高，因此在选择PCB材料时需要谨慎。一种常见的选择是FR4，这是一种性价比较高的PCB制造材料。
然而，当可穿戴设备需要高速、高频率的材料时，FR4可能就不再适用。
FR4的介电常数（Dk）为4.5，而Rogers 4003系列材料的介电常数为3.55，Rogers 4350系列材料的介电常数为3.66。
介电常数和插损
介电常数是衡量材料电学性能的重要参数，特别是在高频率应用中。
较低的介电常数通常意味着较低的信号传输损耗，这对于可穿戴设备的性能至关重要。
Rogers材料在这方面表现出色，其介电常数相对稳定，且较低，适用于高频应用。
插损是信号在传输过程中的功率损失，与材料的特性密切相关。
与传统的FR4材料相比，Rogers材料具有更低的插损，这意味着在高频应用中，Rogers材料能够提供更干净、更可靠的信号传输。
制造问题
阻抗控制
可穿戴PCB对阻抗控制要求极为严格，因为阻抗匹配可以产生更干净的信号传输。
在过去，信号承载走线的标准公差为±10%。然而，对于高频高速电路来说，这一公差已不再适用。
现在，要求达到±7%，在某些情况下甚至要求达到±5%或更小。这些要求限制了可穿戴PCB的制造商数量。
采用Rogers特高频材料做的叠层的介电常数公差一般保持在±2%，有些产品甚至可以达到±1%。相比之下，FR4材料的介电常数公差高达10%。
这意味着选择Rogers材料可以获得更高的阻抗控制，从而产生更高质量的PCB。
成本考虑
在制造PCB时，成本通常是一个重要的考虑因素。然而，Rogers材料能够以可接受的价格提供相对低插损的高频性能。
商业应用中，可以将Rogers材料与基于环氧树脂的FR4混合使用，以在成本和性能之间取得平衡。这种混合PCB可以在不牺牲性能的前提下降低制造成本。
射频/微波设计
布线和信号分离
可穿戴设备中的射频/微波应用需要特别关注布线问题，以确保信号分离和阻止干扰。
高频信号应该与其他信号分开，以防止互相干扰。其他设计考虑因素包括旁路滤波器、去耦电容、接地以及传输线和回路线的设计。
阻抗匹配
射频传输线的阻抗匹配对于将射频信号从特定的IC基底传送到PCB非常重要。
阻抗失配会导致信号失真，因此必须特别留意与射频信号相关的阻抗匹配问题。Rogers材料在这方面表现出色，能够提供更好的阻抗控制。
传输线的选择
PCB射频设计可以使用多种传输线，包括微带线、悬浮带状线和共面波导。
这些方法在不同的情况下具有各自的优势，选择取决于具体的应用需求。微带线是常见的选择，其特征阻抗通常在50Ω到75Ω之间。
共面波导中的过孔围栏
在共面波导设计中，过孔围栏是一种常见的技术，用于提高电源电容的去耦性能，并提供地线分流路径。
这有助于降低噪声电平和纹波效应。这种方法可以减少传输线的长度，特别适用于高频射频设计。
在可穿戴物联网市场的快速增长中，PCB的选择和设计至关重要。PCB材料的选择、阻抗控制、成本考虑以及射频/微波设计都是需要仔细考虑的因素。
Rogers材料在许多方面表现出优势，特别适用于高频高速PCB设计。综上所述，通过选择合适的材料和采用适当的设计方法，可穿戴设备的PCB可以实现高性能和可靠性。
FAQs（常见问题解答）
可穿戴设备的PCB制造是否需要特殊的工艺？
是的，可穿戴设备的PCB制造通常需要更严格的阻抗控制和材料选择，以满足高性能要求。
Rogers材料是否适用于所有可穿戴设备？
Rogers材料适用于许多可穿戴设备，特别是高频高速应用。然而，根据具体应用需求，仍然需要仔细考虑材料选择。
为什么阻抗控制对PCB设计如此重要？
阻抗控制可以确保信号的准确传输，避免信号失真和干扰，这对于可穿戴设备的性能至关重要。
如何降低射频信号的插损？
选择低插损的材料（如Rogers）和合适的传输线设计可以帮助降低射频信号的插损。
在PCB设计中，有哪些常用的射频传输线？
常见的射频传输线包括微带线、悬浮带状线和共面波导，选择取决于具体的应用需求。
