摘要：此文從線寬、過孔、線間串?dāng)_、屏蔽等四個(gè)方面說(shuō)明高頻PCB設(shè)計(jì)需要注意的細(xì)節(jié)，并列舉出幾個(gè)有代表性的高頻板PCB板材選取實(shí)例以供參考。

高頻板PCB設(shè)計(jì)工藝

（1）傳輸線線寬

高頻板PCB設(shè)計(jì)傳輸線線寬設(shè)計(jì)需要基于阻抗匹配理論。

圖一??阻抗匹配

當(dāng)入出阻抗以及傳輸線阻抗匹配時(shí)，系統(tǒng)輸出功率最大（信號(hào)總功率最?。?，入出反射最小。對(duì)于微波電路，阻抗匹配設(shè)計(jì)還需要考慮器件的工作點(diǎn)。信號(hào)線過孔會(huì)引起阻抗傳輸特性變化，TTL、CMOS邏輯信號(hào)線特性阻抗高，這種影響不計(jì)。但在50歐姆等低阻抗、高頻電路這種影響需要考慮到，一般要求信號(hào)線沒有過孔。

（2）傳輸線線間串?dāng)_

當(dāng)兩根平行微帶線間距很小時(shí)產(chǎn)生偶合，引起彼此線間串?dāng)_并且影響傳輸線特性阻抗。對(duì)于50歐姆和75歐姆高頻電路尤其需要注意，并在電路設(shè)計(jì)上采取措施。實(shí)際電路設(shè)計(jì)中還用到這種偶合特性，如手機(jī)發(fā)射功率測(cè)量和功率控制就是一例。下面的分析對(duì)高頻電路和ECL高速數(shù)據(jù)（時(shí)鐘）線有效，對(duì)微小信號(hào)電路（如精密運(yùn)算放大電路）有參考價(jià)值。

圖二??傳輸線線間串?dāng)_

設(shè)線間偶合度為C，C的大小與εr、W/d、S、平行線長(zhǎng)L有關(guān)。間距S愈小，偶合愈強(qiáng)；L愈長(zhǎng)、偶合愈強(qiáng)。為了增加感性認(rèn)識(shí)，舉例：利用這種特性做成的50歐姆定向偶合器。如1.97GHz PCS頻端基站功率放大器,其中d=30 mil、????? εr=3.48：

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

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

為了減小信號(hào)線間串?dāng)_，給出如下建議：

A、高頻或高速數(shù)據(jù)平行信號(hào)線間距離S是線寬的一倍以上。

B、盡量減少信號(hào)線間平行的長(zhǎng)度。

C、高頻小信號(hào)、微弱信號(hào)避開電源和邏輯信號(hào)線等強(qiáng)干擾源。

（3）接地過孔電磁分析。

無(wú)論IC器件管腳接地還是其它阻容器件接地，在高頻電路中都要求接地過孔盡可能地靠近管腳，其理論依據(jù)是：高頻信號(hào)接地線通路以理想傳輸線終端接地等效，其駐波狀態(tài)如圖三所示。

圖三??駐波狀態(tài)圖

由于接地線很短，接地傳輸線相當(dāng)于一個(gè)感性阻抗（n-pH量級(jí)），同時(shí)接地過孔也近似相當(dāng)于一個(gè)感性阻抗，這影響了對(duì)高頻信號(hào)濾波功效。這是接地過孔盡可能地靠近管腳的原因。為了減小傳輸線感性負(fù)載，微波電路要求接地管腳的過孔多于一個(gè)，相當(dāng)于在低頻電路中增加接地面電流能力，保證各接地點(diǎn)均為等0電平。

（4）電源濾波

TTL、CMOS電路為了減少信號(hào)邏輯對(duì)電源的影響（過沖），在靠近電源管腳處加濾波電容。但在高頻、微波電路中僅僅采取這種措施還不夠。下面以制造工藝為例說(shuō)明高頻信號(hào)對(duì)電源的干擾。

圖四???????高頻信號(hào)對(duì)電源產(chǎn)生高頻干擾的方式

這兩種方式的高頻信號(hào)均對(duì)電源產(chǎn)生高頻干擾，并影響其它功能電路。除了電源管腳加濾波電容外，還需要串聯(lián)電感的抑制高頻干擾。串聯(lián)電感的選取與工作頻率有關(guān)。依據(jù)是如果電源腳過濾1M以上的高頻干擾，其中C=0.1uF，則選取L=1uH電感。在外加電源的集電極開路信號(hào)管腳加電感時(shí)請(qǐng)慎重，因?yàn)榇藭r(shí)的電感相當(dāng)于一個(gè)匹配用的電感。

（5）屏蔽

在微小信號(hào)和高頻信號(hào)的PCB設(shè)計(jì)中需采取屏蔽措施以減少大信號(hào)（如邏輯電平）干擾或減少高頻信號(hào)的電磁輻射。如：

A、??數(shù)字、模擬低頻（小于30MHz）小信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中，除了在數(shù)字地和模擬地分割外，還需對(duì)小信號(hào)布線區(qū)鋪地，地與信號(hào)線間隔大于線寬。

B、??數(shù)字、模擬高頻小信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中，還需在高頻部分加屏蔽罩或鋪地過孔隔離措施。

C、??高頻大信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中，高頻部分需以獨(dú)立的功能模塊設(shè)計(jì)并加屏蔽盒以減少高頻信號(hào)對(duì)外的輻射。如光纖155M、622M、2Gb/s的收發(fā)模塊。

多層PCB布板（諾基亞6110），雙面放器件，手機(jī)PCB設(shè)計(jì)如圖五所示。

圖五??手機(jī)PCB設(shè)計(jì)示例

高板PCB板材選取舉例

下邊以我們?cè)O(shè)計(jì)調(diào)試的高頻（微波）PCB為例說(shuō)明板材選取。

（1）2.4GHz擴(kuò)頻數(shù)字微波中繼板材選取

其結(jié)構(gòu)包括2M數(shù)字接口、20M擴(kuò)頻解擴(kuò)、70M中頻調(diào)制解調(diào)板。我們采用FR4板材，四層PCB板，大面積鋪地，高頻模擬部分電源采用電感扼流圈與數(shù)字部分隔離。

2.4GHz射頻收發(fā)信機(jī)采用F4雙面板，收發(fā)分別用金屬盒屏蔽，電源入端濾波。

（2）1.9GHz射頻收發(fā)信機(jī)

其中，功率放大器采用PTFE板材，雙面PCB板；射頻收發(fā)信機(jī)采用PTFE板材，四層PCB板。都是采用大面積鋪地，功能模塊屏蔽罩隔離措施。

（3）140MHz中頻收發(fā)信機(jī)

頂層用0.3mm的S1139板材，大面積鋪地，過孔隔離。

（4）70MHz中頻收發(fā)信機(jī)

采用FR4板材，四層PCB板。大面積鋪地，功能模塊隔離帶用一串過孔隔離。

（5）30W功率放大器

采用RO4350板材，雙面PCB板。大面積鋪地，間距約束大于等于50歐姆線寬，用金屬盒屏蔽，電源入端濾波。

（6）2000MHz微波頻率源?

采用0.8mm厚的S1139板材，雙面PCB板。

結(jié)束語(yǔ)：當(dāng)下市場(chǎng)上無(wú)線領(lǐng)域的器件涉及廣泛，應(yīng)用較為復(fù)雜，尤其是當(dāng)前無(wú)線通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品的價(jià)格和面市時(shí)間越來(lái)越成為競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，因此，電子工程師的PCB設(shè)計(jì)不能單純考慮技術(shù)的先進(jìn)性，必須從多方面折中考慮，平衡技術(shù)先進(jìn)性、價(jià)格優(yōu)勢(shì)和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間等關(guān)鍵因素，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

審核編輯：湯梓紅