由于體積和尺寸都很小，對(duì)日益增長(zhǎng)的可穿戴物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有現(xiàn)成的印刷電路板標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)面世之前，我們不得不依靠在板級(jí)開(kāi)發(fā)中所學(xué)的知識(shí)和制造經(jīng)驗(yàn),，并思考如何將它們應(yīng)用于獨(dú)特的新興挑戰(zhàn)。有三個(gè)領(lǐng)域需要我們特別加以關(guān)注，它們是：電路板表面材料,，射頻微波設(shè)計(jì)和射頻傳輸線。
圖1：多層電路板的疊層圖,，圖中展示了FR4材料和Rogers 4350以及核心層厚度,。
一個(gè)疊層的介電常數(shù)指的是疊層附近一對(duì)導(dǎo)體之間的電容或能量與真空中這對(duì)導(dǎo)體之間電容或能量的比值,。在高頻時(shí)，最好是有很小的損耗,，因此,，介電系數(shù)為3. 66的Roger 4350比介電常數(shù)是4.5的FR4更適合更高頻率的應(yīng)用。
正常情況下,，可穿戴設(shè)備用的PCB層數(shù)從4層到8層,。層的構(gòu)建原則是，如果是8層PCB,，它應(yīng)能提供足夠的地層和電源層并將布線層夾在中間,。這樣，串?dāng)_中的紋波效應(yīng)就能保持最小,，并能顯著減少電磁干擾(EMI),。
在電路板版圖設(shè)計(jì)階段，版圖安排方案一般是將大塊地層緊靠電源分配層,。這樣可以形成很低的紋波效應(yīng),，系統(tǒng)噪聲也能被減小到幾乎為零。這對(duì)射頻
子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其重要,。
與Rogers材料相比,，F(xiàn)R4具有較高的耗散因數(shù)(Df)，特別是在高頻的時(shí)候,。對(duì)于更高性能的FR4疊層來(lái)說(shuō),，Df值在0.002左右，比普通FR4要好一個(gè)數(shù)量級(jí),。不過(guò)Rogers的疊層只有0.001或更小,。當(dāng)將FR4材料用于高頻應(yīng)用時(shí)，就會(huì)在插損方面產(chǎn)生明顯的差異,。插損被定義為在使用FR4,、Rogers或其它材料時(shí)信號(hào)從A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)的功率損失。
制造問(wèn)題
可穿戴PCB要求更加嚴(yán)格的阻抗控制,，對(duì)可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)這是一個(gè)重要的因素,，阻抗匹配可以產(chǎn)生更加干凈的信號(hào)傳輸。在較早前,，信號(hào)承載走線的標(biāo)準(zhǔn)公差是±10%,。這個(gè)指標(biāo)對(duì)今天的高頻高速電路來(lái)顯然不夠好。現(xiàn)在的要求是±7%,，在有些情況下甚至達(dá)±5%或更小,。這個(gè)參數(shù)以及其它變量會(huì)嚴(yán)重影響這些阻抗控制特別嚴(yán)格的可穿戴PCB的制造，進(jìn)而限制了能夠制造它們的商家數(shù)量。
采用Rogers特高頻材料做的疊層的介電常數(shù)公差一般保持在±2%,，有些產(chǎn)品甚至可以達(dá)到±1%,，相比之下FR4疊層的介電常數(shù)公差高達(dá)10%，因此,，比較這兩種材料可以發(fā)現(xiàn)Rogers的插損特別低,。與傳統(tǒng)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(shù)情況下,，成本最重要。然而,，Rogers能以可接受的價(jià)位提供相對(duì)低損耗的高頻疊層性能,。對(duì)商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Rogers可以和基于環(huán)氧樹(shù)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(shí),，頻率是首要考慮因素,。當(dāng)頻率超過(guò)500MHz時(shí)，PCB設(shè)計(jì)師傾向于選擇Rogers材料,，特別是對(duì)射頻
/微波電路來(lái)說(shuō),，因?yàn)樯厦娴淖呔€受到嚴(yán)格的阻抗控制時(shí)，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(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)都很穩(wěn)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系列材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性,。這意味著與FR4相比,，當(dāng)PCB經(jīng)歷冷、熱和非常熱的回流焊循環(huán)時(shí),，電路板的熱脹冷縮可以在更高頻率和更高溫度循環(huán)下保持在一個(gè)穩(wěn)定的限值,。
在混合疊層情形下，可以輕松地使用通用制造工藝技術(shù)將Rogers和高性能FR4混合在一起使用,，因此也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)高的制造良率,。Rogers疊層不需要專門的過(guò)孔準(zhǔn)備工序。
普通FR4無(wú)法實(shí)現(xiàn)非?？煽康碾姎庑阅?，但高性能FR4材料確實(shí)有良好的可靠特性，比如更高的Tg,，仍然相對(duì)較低的成本,，并能用于種類廣泛的應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的音頻設(shè)計(jì)到復(fù)雜的微波應(yīng)用,。
射頻
/微波設(shè)計(jì)考慮
便攜式技術(shù)和藍(lán)牙為可穿戴設(shè)備中的射頻
/微波應(yīng)用鋪平了道路,。今天的頻率范圍正變得越來(lái)越動(dòng)態(tài)。還在幾年前,，甚高頻(VHF)被定義為2GHz~3GHz,。但現(xiàn)在我們可以見(jiàn)到范圍在10GHz到25GHz之間的超高頻(UHF)應(yīng)用。
因此對(duì)可穿戴PCB來(lái)說(shuō),，射頻
部分要求更加密切地關(guān)注布線方面的問(wèn)題,，要把信號(hào)單獨(dú)分開(kāi)，使產(chǎn)生高頻信號(hào)的走線遠(yuǎn)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(shè)計(jì)的幾乎相等,。
旁路濾波器可以抑制噪聲內(nèi)容和串?dāng)_的紋波效應(yīng)。去耦電容需要放置在更靠近承載電源信號(hào)的器件引腳旁邊,。
高速傳輸線和信號(hào)回路要求在電源層信號(hào)間布置一個(gè)地層,，用于平滑噪聲信號(hào)產(chǎn)生的抖動(dòng)。在較高的信號(hào)速度時(shí),，很小的阻抗失配都會(huì)造成不平衡的傳輸和接收信號(hào),，從而產(chǎn)生失真。因此必須特別留意與射頻
信號(hào)有關(guān)的阻抗匹配問(wèn)題,，因?yàn)樯漕l
信號(hào)具有很高的速度和特殊的容限,。
射頻
傳輸線要求控制阻抗以便將射頻
信號(hào)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(shí)現(xiàn),，也可以設(shè)計(jì)在中間層。
在PCB射頻
設(shè)計(jì)版圖期間使用的方法有微帶線,、懸浮的帶狀線,、共面型波導(dǎo)或接地。微帶線由固定長(zhǎng)度的金屬或走線以及位于正下方的整個(gè)地平面或部分地平面組成,。一般微帶線結(jié)構(gòu)中的特征阻抗從50Ω到75Ω,。
圖2：共面波導(dǎo)可以在射頻
線路和需要走線靠很近的線路附近提供更好的隔離。
懸浮帶狀線是另外一種布線和抑制噪聲的方法,。這種線由內(nèi)層上固定寬度的布線和中心導(dǎo)體上下的大塊地平面組成,。地平面夾在電源層中間,，因此可以提供非常有效的接地效果。對(duì)可穿戴PCB射頻
信號(hào)布線來(lái)說(shuō)這是優(yōu)選的一種方法,。
共面波導(dǎo)可以在射頻
線路和需要走線靠近的線路附近提供更好的隔離,。這種介質(zhì)由一段中心導(dǎo)體和兩旁或下方的地平面組成。傳送射頻
信號(hào)的最佳方法是懸浮帶狀線或共面波導(dǎo),。這兩種方法可以在信號(hào)和射頻
走線之間提供更好的隔離,。
在共面波導(dǎo)兩邊推薦使用所謂的“過(guò)孔圍欄”。這種方法可以在中心導(dǎo)體的每個(gè)金屬地平面上提供一排接地過(guò)孔,。在中間運(yùn)行的主要走線在每邊都有圍欄,，因此給返回電流提供了到下面地層的捷徑。這種方法可以減少與射頻
信號(hào)高紋波效應(yīng)有關(guān)的噪聲電平,。4.5的介電常數(shù)保持與半固化片F(xiàn)R4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(shù)約3.8到3.9,。
圖3：在共面波導(dǎo)的兩側(cè)推薦使用過(guò)孔圍欄,。
在使用地平面的某些設(shè)備中，可能會(huì)使用盲孔來(lái)提高電源電容的去耦性能,，并提供從器件到地的分流路徑,。到地的分流路徑可以縮短過(guò)孔的長(zhǎng)度，這樣可以達(dá)成兩個(gè)目的：你不僅創(chuàng)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(gè)重要的射頻
設(shè)計(jì)因素。