高頻PCB
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-10
高頻PCB的實例教程
隨著電子技術快速發展，以及無線通信技術在各領域的廣泛應用，高頻、高速、高密度已逐步成為現代電子產品的顯著發展趨勢之一。
信號傳輸高頻化和高速數字化，迫使PCB走向微小孔與埋/盲孔化、導線精細化、介質層均勻薄型化，高頻高速高密度多層PCB設計技術已成為一個重要的研究領域。
作者根據多年在硬件設計工作中的經驗，總結了一些高頻電路的設計技巧及注意事項，供大家參考。
1、如何選擇PCB板材？
選擇PCB板材必須在滿足設計需求和可量產性及成本中間取得平衡點。設計需求包含電氣和機構這兩部分。通常在設計非常高速的PCB板子（大于GHz 的頻率）時這材質問題會比較重要。
例如，現在常用的FR-4材質，在幾個GHz的頻率時的介質損耗（dielectric loss）會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數（dielectric constant）和介質損在所設計的頻率是否合用。
2、如何避免高頻干擾？
避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串擾（Crosstalk）。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號旁邊。還要注意數字地對模擬地的噪聲干擾。
3、在高速設計中，如何解決信號的完整性問題？
信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗（output impedance），走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸（topology）架構等。解決的方式是靠端接（termination）與調整走線的拓樸。
4、差分布線方式是如何實現的？
展開 這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。
如何使用過孔
EDA365電子論壇
通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB 設計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：
1．從成本和信號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔，比如對于電源或地線的過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對于信號走線，則可以使用較小的過孔。當然隨著過孔尺寸減小，相應的成本也會增加。
2．上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB 板有利于減小過孔的兩種寄生參數。
3．PCB 板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4．電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好。可以考慮并聯打多個過孔，以減少等效電感。
5．在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB 板上放置一些多余的接地過孔。
6．對于密度較高的高速PCB 板，可以考慮使用微型過孔。
文章來源：EDA365電子論壇
展開 PCB電路設計結構如何？帶著一堆問題，我們拆解了華為RRU3908，一個戶外無線基站，它的每個射頻前端輸出功率為20/40瓦。
該基站的雙工器似乎是虹膜耦合腔濾波器，與一些腔間耦合。輸入和輸出的耦合是T，是諧振器上的一個連接部分，而不是耦合回路。頻率由電容帽調節。濾波器是寬信號的帶通。
如果能看到該過濾器的響應速度，那就更好了。
中央處理單元
網絡通信由飛思卡爾MPC8321 PowerQUICC2 CPU處理，CPU運行在200 MHz，擁有2x 256 MB Hynix DDR2 RAM。它使用一個PMC QuadPHY 10gb控制器用于兩個光學輸入/輸出。
ADC和DAC單比特流的解碼和編碼由3 Altera Cyclone III FPGA和定制的華為SD6151RBI控制器處理。
該華為基站采用德州儀器TMS320系列DSP處理器對單比特流進行處理。TMS320C6410是一個只計算整數的定點DSP, TMS320CT16482 1 GHz DSP CPU計算浮點數。
信號接收部分
輸入信號來自兩條失相線，首先由Skyworks SKY73021-11 1.7 - 2.2 GHz下變頻混頻器處理，得到2.2 GHz到550 MHz的頻率。
下變頻混頻器的本振為模擬器件ADF4110B。
一個SIPAT鋸過濾器用于隔離。
根據信號來源或類型的不同，假設在信號線分成3G ADC線或4G ADC線之前使用的是模擬設備AD8376可變增益放大器。
3G線路模擬到數字轉換由模擬設備AD6655-10處理，這是一個14位150 MSPS芯片，專門針對3G基站。
展開 此外，5G所使用到的高頻PCB印刷電路板材料需要介電常數小且穩定，同時要具有耐熱性、抗化學性、抗沖擊性、低吸水性等特點。具備以上特性的環氧樹脂，成為了5G主流高頻基材的首選。
抓住化工新機遇，搶占5G新市場！
5G發展可謂是一石激起千層浪，以上所講的化工原料只是5G時代的其中幾類明星化工品，縱觀整個化工產業鏈，精密化工、精細化工的發展不容小覷。隨著各行各業紛紛就位5G市場，其上下游產業鏈也必將隨之發展，化工行業的5G通道已經開啟。5G手機你或許明年才能買，但是5G市場，你現在就可以搶先占有。
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展開 PCB板上會因EMC而增加的成本通常是因增加地層數目以增強屏蔽效應及增加了ferritebead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外，通常還是需搭配其它機構上的屏蔽結構才能使整個系統通過EMC的要求。以下僅就PCB板的設計技巧提供幾個降低電路產生的電磁輻射效應：
1）盡可能選用信號斜率(slewrate)較慢的器件，以降低信號所產生的高頻成分。
2）注意高頻器件擺放的位置，不要太靠近對外的連接器。
3）注意高速信號的阻抗匹配，走線層及其回流電流路徑(returncurrentpath)，以減少高頻的反射與輻射。
4）在各器件的電源管腳放置足夠與適當的去耦合電容以緩和電源層和地層上的噪聲。特別注意電容的頻率響應與溫度的特性是否符合設計所需。
5）對外的連接器附近的地可與地層做適當分割，并將連接器的地就近接到chassisground。
6）可適當運用groundguard/shunttraces在一些特別高速的信號旁。但要注意guard/shunttraces對走線特性阻抗的影響。
7）電源層比地層內縮20H，H為電源層與地層之間的距離。
8、2G以上高頻PCB設計，微帶的設計應遵循哪些規則？
射頻微帶線設計，需要用三維場分析工具提取傳輸線參數。所有的規則應該在這個場提取工具中規定。
9、PCB板上高速信號上的AC耦合靠近哪一端效果更好？
經常看見不同的處理方式，有靠近接收端的，有靠近發射端的。
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PCB高頻電路布線
（1）合理選擇PCB層數。
用中間的電源層(vcc layer)和地層(Gnd layer)可以起到屏蔽作用，有效降低寄生電感和寄生電容，也可大大縮短布線的長度，減少信號間的交叉干擾。
（2）走線方式：必須按照45°的拐角方式，不要用90°的拐角。
PCB高頻電路布線
（1）合理選擇PCB層數。用中間的電源層(vcc layer)和地層(Gnd layer)可以起到屏蔽作用，有效降低寄生電感和寄生電容，也可大大縮短布線的長度，減少信號間的交叉干擾。
（2）走線方式：必須按照45°的拐角方式，不要用90°的拐角。如下圖：
（3）層間布線方向：應該互相垂直，頂層是水平方向，則底層為垂直方向，可以減少信號間的干擾。
根據我們以往的經驗,想就以下幾方面談談自己的看法：
一要明確設計目標
接受到一個設計任務，首先要明確其設計目標,是普通的PCB板、高頻PCB板、小信號處理PCB板還是既有高頻率又有小信號處理的PCB板，如果是普通的PCB板，只要做到布局布線合理整齊，機械尺寸準確無誤即可，如有中負載線和長線，就要采用一定的手段進行處理，減輕負載,長線要加強驅動
過孔是多層PCB 的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB 制板費用的30%到40%。簡單的說來，PCB 上的每一個孔都可以稱之為過孔。
過孔的基本概念
從作用上看，過孔可以分成兩類：一是用作各層間的電氣連接，二是用作器件的固定或定位。 如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔、埋孔和通孔。
下圖顯示了具有高頻信號的良好PCB設計。
在高頻時，PCB所呈現的分布特性會對信號產生很大影響。我們常說的地回流就是高頻信號中經常要遇到的一個問題。當S1到R1的信號線中有增大的電流時，外部的磁場變化很快，會使附近的導體感應出一個反向的電流，如果第三層的地平面是完整的地平面的話，那么會在地平面上產生一個藍色虛線標示的電流，如果TOP層有一個完整的電源平面的話，也會在TOP層有一個沿藍色虛線的回流。
[答] 高頻電路對PCB材料有要求．在高頻下要考慮傳輸線效應。
95、[問] 關于信號線的阻抗匹配，請作點介紹和作法？
[答] 頻率較低場合，需要考慮信號線的寬度和電流的承載能力的關系，高頻時，需要考慮匹配等長等問題。
96、[問] 高頻信號線的抗干擾措施有哪些？布線時應注意哪些方面？
相信沒有人不認識華為的，那么華為作為全球第一大通信設備商，你知道華為的基站是怎么設計出來的嗎？它都用了哪些芯片？PCB電路設計結構如何？帶著一堆問題，我們拆解了華為RRU3908，一個戶外無線基站，它的每個射頻前端輸出功率為20/40瓦。
該基站的雙工器似乎是虹膜耦合腔濾波器，與一些腔間耦合。輸入和輸出的耦合是T，是諧振器上的一個連接部分，而不是耦合回路。頻率由電容帽調節
34、2G以上高頻PCB設計，走線，排版，應重點注意哪些方面？
2G以上高頻PCB屬于射頻電路設計，不在高速數字電路設計討論范圍內。而射頻電路的布局（layout)和布線（routing)應該和原理圖一起考慮的，因為布局布線都會造成分布效應。而且，射頻電路設計一些無源器件是通過參數化定義，特殊形狀銅箔實現，因此要求EDA工具能夠提供參數化器件，能夠編輯特殊形狀銅箔。
8、2G以上高頻PCB設計，微帶的設計應遵循哪些規則？
射頻微帶線設計，需要用三維場分析工具提取傳輸線參數。所有的規則應該在這個場提取工具中規定。
9、PCB板上高速信號上的AC耦合靠近哪一端效果更好？
經常看見不同的處理方式，有靠近接收端的，有靠近發射端的。
