PCB科技 - 高頻電路和高頻PCB的設計原理

PCB設計原理涉及很多方面，包括基本原理、抗干擾、電磁相容性、安全防護等。特別是高頻電路（尤其是高頻PCB）的發展導致高頻PCB缺乏相關概念。 許多人仍然停留在“用導體連接電力原理發揮預定作用”的基礎上，甚至認為“PCB設計屬於對結構、工藝和提高生產效率的考慮”。 許多射頻工程師沒有完全意識到這一環節應該是射頻設計中整個設計工作的重點，他們錯誤地將精力花在選擇高性能組件上，導致成本急劇增加，但效能幾乎沒有改善。

特別是數位電路依靠其强大的抗干擾、檢測和糾錯能力，可以任意構建各種智慧連結，保證電路的正常功能。 一個具有各種“確保正常”連結的高附加配寘的普通數位應用電路顯然是一種沒有產品概念的措施。 但往往在“不值錢”的環節，反而導致一系列的產品問題。 原因是，從產品工程的角度來看，這種不值得構建可靠性保證的功能環節應該基於數位電路本身的工作機制，這只是電路設計（包括PCB設計）中的錯誤結構，導致電路處於不穩定狀態。 這種不穩定狀態是與高頻PCB的類似問題在相同概念下的基本應用。

高頻PCB

在數位電路中，有三個方面值得認真對待

（1）數位信號本身屬於寬帶訊號。 根據傅立葉函數的結果，它包含豐富的高頻分量，囙此在數位IC的設計中充分考慮了數位信號的高頻分量。 然而，除了數位IC之外，如果每個功能連結內和之間的訊號轉換區域是任意的，就會導致一系列問題。 特別是在數位、類比和高頻電路的混合應用中。

（2）數位電路應用中的各種可靠性設計都與實際應用中電路的可靠性要求和產品工程要求有關，囙此不可能通過傳統設計在滿足要求的電路中添加各種高成本的“保證”部件。

（3）數位電路的工作速率正以前所未有的發展向高頻方向發展（例如，CPU的主頻已達到1.7GHz，遠遠超出了微波頻帶的下限）。 雖然相關設備的可靠性保證功能也是同步的，但它是基於設備的內部和典型外部訊號特性。

對於微波級高頻電路，PCB上的每條對應帶狀線與接地板形成一條微帶線（非對稱型）。 對於兩層以上的PCB，可以形成微帶線和帶狀線（對稱微帶傳輸線）。 不同的微帶線（雙面PCB）或帶狀線（多層PCB）形成相互耦合的微帶線，從而形成各種複雜的四埠網絡，從而形成具有各種特性的微波級電路PCB。

可以看出，微帶傳輸線理論是微波高頻電路PCB的設計基礎。

對於800MHz以上的射頻pcb設計，天線附近的pcb網路設計應完全遵循微帶理論（而不僅僅是將微帶概念用作提高集總參數器件效能的工具）。 頻率越高，微帶理論的指導意義越顯著。

對於電路的集總參數和分佈參數，工作頻率越低，分佈參數的函數特性越弱，但分佈參數始終存在。 是否考慮分佈參數對電路特性的影響沒有明確的界限。 囙此，微帶概念的建立對於數位電路和相關中頻電路的PCB設計也很重要。

微帶理論的基礎和概念以及微波級射頻電路和PCB的設計概念實際上是微波雙傳輸線理論的一個應用方面。 對於射頻pcb佈線，每條相鄰的訊號線（包括不同平面上的相鄰訊號線）都具有遵循兩條線基本原理的特點（以下將對此進行詳細描述）。

雖然常見的微波射頻電路的一側裝有接地板，這使得其上的微波訊號傳輸線往往是一個複雜的四埠網絡，囙此直接遵循耦合微帶理論，但其基礎仍然是雙線理論。 囙此，在設計實踐中，雙線理論具有更廣泛的指導意義。

一般來說，對於微波電路，微帶理論具有定量指導意義，屬於雙線理論的具體應用，而雙線理論具有更廣泛的定性指導意義。

值得一提的是，雙線理論給出的所有概念，從表面上看，似乎與實際的設計工作無關（尤其是數位電路和低頻電路），但它們實際上是一種幻覺。 雙線理論可以指導電子電路設計中的所有概念問題，特別是在PCB電路設計中。

雖然雙線理論是在微波高頻電路的前提下建立的，但正是由於高頻電路中分佈參數的影響，其指導意義才尤為突出。 在數位或中低頻電路中，與集總參數元件相比，分佈參數可以忽略不計，雙線理論的概念變得模糊。

然而，在設計實踐中，如何區分高頻電路和低頻電路往往被忽視。 通用數位邏輯或脈衝電路屬於哪一類？ 顯然，一旦某些敏感條件發生變化，具有非線性元件的低頻電路和中低頻電路很容易反映出一些高頻特性。 CPU的主頻已經達到1.7GHz，遠遠超出了微波頻率的下限，但它仍然是一個數位電路。 由於這些不確定性，PCB設計非常重要。

在許多情况下，電路中的無源元件可以等效為特定規格的傳輸線或微帶線，並且可以用雙傳輸線理論及其相關參數來描述。

總之，可以認為雙傳輸線理論是在綜合所有電子電路特性的基礎上誕生的。 囙此，嚴格來說，如果將雙傳輸線理論中體現的概念作為設計實踐中每個環節的原則，那麼相應的PCB電路將面臨很少的問題（無論電路應用於什麼工作條件）。