本文通過對微帶傳輸特性、常用板材性能參數(shù)進行比較分析,給出用于無線通信模擬前端、高速數(shù)字信號等應(yīng)用中PCB板材選取方案,進一步從線寬、過孔、線間串擾、屏蔽等方面總結(jié)高頻板PCB設(shè)計要點。

1.傳輸線線寬

高頻板PCB設(shè)計傳輸線線寬設(shè)計需要基于阻抗匹配理論。

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

2.傳輸線線間串擾

當兩根平行微帶線間距很小時產(chǎn)生偶合，引起彼此線間串擾并且影響傳輸線特性阻抗。對于50歐姆和75歐姆高頻電路尤其需要注意，并在電路設(shè)計上采取措施。實際電路設(shè)計中還用到這種偶合特性，如手機發(fā)射功率測量和功率控制就是一例。下面的分析對高頻電路和ECL高速數(shù)據(jù)（時鐘）線有效，對微小信號電路（如精密運算放大電路）有參考價值。

設(shè)線間偶合度為 C ， C 的大小與εr、W/d、S、平行線長L有關(guān)。間距S愈小，偶合愈強；L愈長、偶合愈強。為了增加感性認識，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

為了減小信號線間串擾，給出如下建議：

A、高頻或高速數(shù)據(jù)平行信號線間距離S是線寬的一倍以上。

B、盡量減少信號線間平行的長度。

C、高頻小信號、微弱信號避開電源和邏輯信號線等強干擾源。

3.接地過孔電磁分析

無論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。

由于接地線很短，接地傳輸線相當于一個感性阻抗（n-pH量級），同時接地過孔也近似相當于一個感性阻抗，這影響了對高頻信號濾波功效。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載，微波電路要求接地管腳的過孔多于一個，相當于在低頻電路中增加接地面電流能力，保證各接地點均為等0電平。

4.電源濾波

TTL、CMOS電路為了減少信號邏輯對電源的影響（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明高頻信號對電源的干擾。

這兩種方式的高頻信號均對電源產(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管腳加電感時請慎重，因為此時的電感相當于一個匹配用的電感。

5.屏蔽

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

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

B、 數(shù)字、模擬高頻小信號PCB設(shè)計中，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PCB設(shè)計中，高頻部分需以獨立的功能模塊設(shè)計并加屏蔽盒以減少高頻信號對外的輻射。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PCB設(shè)計如圖五所示。

高板PCB板材選取舉例

下邊以我們設(shè)計調(diào)試的高頻（微波）PCB為例說明板材選取。

（1）2.4GHz擴頻數(shù)字微波中繼板材選取

其結(jié)構(gòu)包括2M數(shù)字接口、20M擴頻解擴、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

其中，功率放大器采用PTFE板材，雙面PCB板；射頻收發(fā)信機采用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

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

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。