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邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān) PCB：小型化與 WIFI 優(yōu)化的平衡方案
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、智能家居的設(shè)備聯(lián)動(dòng)中，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)是 本地?cái)?shù)據(jù)處理中樞，它既要塞進(jìn)配電箱、墻面盒等狹小空間，又要穩(wěn)定連接數(shù)十個(gè)WIFI設(shè)備。這兩個(gè)需求看似矛盾：PCB 做小了，WIFI 天線布線空間會(huì)壓縮，信號(hào)易受其他元件干擾；要保證WIFI性能，又容易讓PCB體積超標(biāo)。如今，PCB行業(yè)通過工藝設(shè)計(jì)和布局優(yōu)化，找到了解決這一矛盾的平衡之道。
邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)的PCB小型化，重要是在更小的面積里裝下更多功能，主要靠兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)：一是HDI工藝。傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)PCB多是4-6層普通板，線路間距在100μm以上，而采用8層HDI板后，線路間距能縮小到50μm，還能通過0.1mm的盲埋孔讓不同層線路互聯(lián)，就像給PCB挖地道，不用在表面鋪太多線路。二是埋嵌元件技術(shù)。網(wǎng)關(guān)里的電阻、電容、電感等被動(dòng)元件，傳統(tǒng)做法是貼在PCB表面，占去不少空間?，F(xiàn)在把這些0402甚至0201規(guī)格的元件埋進(jìn)PCB內(nèi)層，比如在兩層基材之間嵌入電容，表面只留芯片和接口。
小型化帶來的蕞大問題是元件擠在一起，WIFI信號(hào)易受干擾， 比如電源模塊的電磁輻射、數(shù)字芯片的高頻噪聲，都會(huì)讓W(xué)IFI連接丟包率上升。PCB設(shè)計(jì)時(shí)要做好這兩點(diǎn)：首先是天線匹配與隔離。WIFI天線需要特定的凈空區(qū)，即使 PCB 小，也要給天線留至少5mm×10mm的凈空區(qū)，同時(shí)用阻抗匹配設(shè)計(jì)，減少信號(hào)反射。其次是分區(qū)接地。把PCB分成數(shù)字區(qū)、電源區(qū)、射頻區(qū)三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域單獨(dú)接地，再匯總到一個(gè)公共接地點(diǎn)，避免不同區(qū)域的接地電流互相干擾。
要同時(shí)滿足小型化和WIFI優(yōu)化，PCB設(shè)計(jì)得走精細(xì)化路線：分層布局上，8層PCB可以這樣分配：表層和底層放接口、天線；2-3層是數(shù)字區(qū)，放芯片和埋嵌元件；4-5層是接地層，隔絕上下層干擾；6-7層是電源區(qū)，放電源模塊。這樣既壓縮了平面面積，又通過接地層把干擾隔開，WIFI信號(hào)和小型化互不影響。材料選擇上，用低介損的基材比如FR-4改良版，減少WIFI信號(hào)在PCB線路里的損耗；同時(shí)用高導(dǎo)熱基材，避免小型化后元件密集導(dǎo)致的局部過熱 ， 過熱會(huì)讓W(xué)IFI 芯片性能下降，高導(dǎo)熱基材能把熱量快速導(dǎo)到外殼，讓芯片溫度降低 10℃。
現(xiàn)在邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)開始支持WIFI6+藍(lán)牙5.3+LoRa多協(xié)議，PCB的平衡難度更大，要在小面積里同時(shí)優(yōu)化多個(gè)無線信號(hào)。未來，隨著邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)向5G+WIFI6E升級(jí)，PCB還會(huì)向10層以上HDI + 埋嵌有源元件發(fā)展，屆時(shí)小型化會(huì)更非常，WIFI優(yōu)化也會(huì)更精細(xì)。對(duì) PCB 行業(yè)人員來說，關(guān)鍵是在空間壓縮和信號(hào)保障之間找蕞優(yōu)解，這既需要工藝創(chuàng)新，也考驗(yàn)布局設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。
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