PCB科技 - 高頻佈線工藝和PCB板資料選擇

1、輸電線路寬度

高頻板 PCB設計 傳輸線寬度設計需要基於阻抗匹配理論.

當輸入、輸出阻抗和傳輸線阻抗匹配時，系統輸出功率最大（總訊號功率最小），輸入和輸出反射最小。 對於微波電路，阻抗匹配設計還需要考慮器件的工作點。 訊號線過孔將導致阻抗傳輸特性的變化。 TTL和CMOS邏輯訊號線具有較高的特性阻抗，這種影響可以忽略。 然而，在低阻抗、高頻電路（如50歐姆）中需要考慮這種影響，通常要求訊號線沒有過孔。

2、傳輸線之間的串擾

當兩條平行微帶線之間的距離很小時，會發生耦合，導致線之間的串擾，並影響傳輸線的特性阻抗。 應特別注意50歐姆和75歐姆高頻電路，並在電路設計中採取措施。 這種耦合特性也用於實際電路設計，例如行动电话發射功率量測和功率控制。 以下分析適用於高頻電路和ECL高速數據（時鐘）線，對微訊號電路（如精密運算放大器電路）具有參攷價值。

假設線之間的耦合度為C，C的大小與εr、W/d、S和平行線長度L有關。距離S越小，耦合越强； L越長，耦合越强。 為了新增感知知識，例如：使用此特性製作50歐姆定向耦合器。 例如1.97GHz PCS頻率端基站功率放大器，其中d=30密耳，εr=3.48：

10dB定向耦合器PCB尺寸：S=5mil，l=920mil，W=53mil

20dB定向耦合器PCB尺寸：S=35mil，l=920mil，W=62mil

為了减少訊號線之間的串擾，提出以下建議：

A、高頻或高速數據並行訊號線之間的距離S大於線寬的兩倍。

B、最小化訊號線之間的平行長度。

C、對於高頻小訊號和弱訊號，應避免電源和邏輯訊號線等强干擾源。

3、接地過孔的電磁分析

無論IC設備引脚是否接地或其他電阻元件是否接地，高頻電路中的接地通孔都需要盡可能靠近引脚。 駐波狀態如圖3所示。

由於地線很短，接地傳輸線等效於感應阻抗（n-pH階），接地通孔也近似等效於感應阻抗，這會影響高頻訊號的濾波效果。 這就是為什麼接地過孔盡可能靠近引脚。 為了减少傳輸線的感性負載，微波電路需要在接地引脚上有多個通孔，這相當於新增低頻電路中的接地板電流能力，以確保每個接地點等於0電平。

4、電源濾波器

為了减少TTL和CMOS電路中訊號邏輯對電源的影響（過沖），在電源引脚附近添加了濾波電容。 然而，僅在高頻和微波電路中採取此類措施是不够的。 以下以製造過程為例來說明高頻訊號對電源的干擾。

這兩種方法的高頻訊號都會對電源產生高頻干擾，並影響其他功能電路。 除了電源引脚和濾波電容器外，還需要串聯電感來抑制高頻干擾。 串聯電感的選擇與工作頻率有關。 其依據是，如果電源引脚過濾1M以上的高頻干擾，其中C=0.1uF，則選擇L=1uH電感。 在向外部電源的開路集電極訊號引脚添加電感時，請小心，因為此時的電感相當於匹配電感。

5、遮罩

在小訊號和高頻訊號的PCB設計中，應採取遮罩措施以减少大訊號（如邏輯電平）的干擾或减少高頻訊號的電磁輻射。 例如：

A、在數位和類比低頻（小於30MHz）小訊號PCB設計中，除了劃分數位接地和類比接地外，還需要在小訊號佈線區域鋪設接地，並且接地和訊號線之間的距離大於線寬。

B、在數位和類比高頻小訊號PCB的設計中，還需要在高頻部分添加遮罩蓋或通過隔離措施鋪設地面。

C、在高頻大訊號PCB設計中，高頻部分需要設計一個獨立的功能模組，並添加遮罩盒以减少高頻訊號的外部輻射。 如光纖155M、622米、2Gb/s收發模組。

多層PCB佈局（諾基亞6110），雙面放置設備，手機PCB設計如圖5所示。

高輪廓PCB板選擇示例

下麵我們以我們設計和調試的高頻（微波）PCB為例來說明板的選擇。

（1）2.4GHz擴頻數位微波中繼板的選擇

其結構包括2M數位介面, 20M擴頻解擴, 車載70M中頻調製解調. 我們使用FR4板, 四層 PCB板, 大面積地板, 電源的高頻類比部分通過電感扼流圈與數位部分隔離.

2.4GHz射頻收發機採用F4雙面板，收發機用金屬盒遮罩，電源輸入濾波。

（2）1.9GHz射頻收發器

其中，功率放大器採用聚四氟乙烯板和雙面PCB板； 射頻收發器採用聚四氟乙烯板和四層PCB板。 均採用功能模組遮罩罩大面積鋪砌隔離措施。

（3）140MHz中頻收發器

頂層由0.3mm S1139板製成，該板分佈在大面積上，並通過通孔隔離。

（4）70MHz中頻收發器

採用FR4板，四層PCB板。 大面積鋪地，功能模組隔離帶由一系列通孔隔離。

（5）30W功率放大器

使用RO4350板，雙面PCB板。 大面積鋪設地面，間距限制大於或等於50歐姆線寬，用金屬盒遮罩，並在電源輸入端過濾。

（6）2000MHz微波頻率源

使用0.8mm厚S1139板, 雙面PCB板.