隨著電子技術快速發(fā)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(fā)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。

高頻高速高密度多層PCB設計技術

1、布局的設計

一般先放置與機械尺寸有關的固定位置的元器件,再放置特殊的和較大的元器件,最后放置小元器件。同時,要兼顧布線方面的要求,高頻元器件的放置要盡量緊湊,信號線的布線才能盡可能短,從而降低信號線的交叉干擾等。

電源插座、開關、PCB之間的接口、指示燈等都是與機械尺寸有關的定位插件。通常,電源與PCB之間的接口放到PCB的邊緣處,并與PCB 邊緣要有3 mm～5 mm的間距;指示發(fā)光二極管應根據需要準確地放置;開關和一些微調元器件,如可調電感、可調電阻等應放置在靠近PCB 邊緣的位置,以便于調整和連接;需要經常更換的元器件必須放置在器件比較少的位置,以易于更換。

大功率管、變壓器、整流管等發(fā)熱器件,在高頻狀態(tài)下工作時產生的熱量較多,所以在布局時應充分考慮通風和散熱,將這類元器件放置在PCB上空氣容易流通的地方。大功率整流管和調整管等應裝有散熱器,并要遠離變壓器。電解電容器之類怕熱的元件也應遠離發(fā)熱器件,否則電解液會被烤干,造成其電阻增大,性能變差,影響電路的穩(wěn)定性。

考慮各個單元功能電路之間的信號傳遞關系,還應將低頻電路和高頻電路分開,模擬電路和數字電路分開。集成電路應放置在PCB的中央,這樣方便各引腳與其他器件的布線連接。

在PCB的關鍵部位要配置適當的高頻退耦電容,如在PCB電源的輸入端應接一個10μF～100 μF的電解電容,在集成電路的電源引腳附近都應接一個0.01 pF左右的瓷片電容。有些電路還要配置適當的高頻或低頻扼流圈,以減小高低頻電路之間的影響。這一點在原理圖設計和繪制時就應給予考慮,否則也將會影響電路的工作性能。

元器件排列時的間距要適當,其間距應考慮到它們之間有無可能被擊穿或打火。

在對主要元器件完成手動布局后,應采用元器件鎖定的方法,使這些元器件不會在自動布局時移動。即執(zhí)行Edit change命令或在元器件的Properties選中Locked就可以將其鎖定不再移動。

2、布線的設計

布線是在合理布局的基礎上實現高頻PCB 設計的總體要求。布線包括自動布線和手動布線兩種方式。通常,無論關鍵信號線的數量有多少,首先對這些信號線進行手動布線,布線完成后對這些信號線布線進行仔細檢查,檢查通過后將其固定,再對其他布線進行自動布線。即采用手動和自動布線相結合來完成PCB的布線。

2.1 布線的走向

電路的布線最好按照信號的流向采用全直線,需要轉折時可用45°折線或圓弧曲線來完成,這樣可以減少高頻信號對外的發(fā)射和相互間的耦合。高頻信號線的布線應盡可能短。要根據電路的工作頻率,合理地選擇信號線布線的長度,這樣可以減少分布參數,降低信號的損耗。制作雙面板時,在相鄰的兩個層面上布線最好相互垂直、斜交或彎曲相交。避免相互平行,這樣可以減少相互干擾和寄生耦合。

在PCB的布線過程中,走線的最小寬度由導線與絕緣層基板之間的粘附強度以及流過導線的電流強度所決定。當銅箔的厚度為0.05mm、寬度為1mm～1.5 mm時,可以通過2A電流。溫度不會高于3 ℃,除一些比較特殊的走線外,同一層面上的其他布線寬度應盡可能一致。在高頻電路中布線的間距將影響分布電容和電感的大小,從而影響信號的損耗、電路的穩(wěn)定性以及引起信號的干擾等。在高速開關電路中,導線的間距將影響信號的傳輸時間及波形的質量。因此,布線的最小間距應大于或等于0.5 mm,只要允許,PCB布線最好采用比較寬的線。

布線中遇到只有繞大圈才能連接的線路時,要利用飛線,即直接用短線連接來減少長距離走線帶來的干擾。

含有磁敏元件的電路其對周圍磁場比較敏感,而高頻電路工作時布線的拐彎處容易輻射電磁波,如果PCB中放置了磁敏元件,則應保證布線拐角與其有一定的距離。

同一層面上的布線不允許有交叉。對于可能交叉的線條,可用“鉆”與“繞”的辦法解決,即讓某引線從其他的電阻、電容、三極管等器件引腳下的空隙處“鉆”過去,或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去。在特殊情況下,如果電路很復雜,為了簡化設計,也允許用導線跨接解決交叉問題。

2.3 電源線與地線的布線要求

在布線過程中還應該及時地將一些合理的布線鎖定,以免多次重復布線。即執(zhí)行EditselectNet命令在預布線的屬性中選中Locked就可以將其鎖定不再移動。

3.1 焊盤與孔徑

需要注意的是,焊盤內孔徑d的大小是不同的,應當根據實際元器件引線直徑的大小加以考慮,如元件孔、安裝孔和槽孔等。而焊盤的孔距也要根據實際元器件的安裝方式進行考慮,如電阻、二極管、管狀電容器等元件有“立式”、“臥式”兩種安裝方式,這兩種方式的孔距是不同的。此外,焊盤孔距的設計還要考慮元器件之間的最小間隙要求,特別是特殊元器件之間的間隙需要由焊盤間的孔距來保證。

在高頻PCB中,還要盡量減少過孔的數量,這樣既可減少分布電容,又能增加PCB的機械強度。總之,在高頻PCB的設計中,焊盤及其形狀、孔徑與孔距的設計既要考慮其特殊性,又要滿足生產工藝的要求。采用規(guī)范化的設計,既可降低產品成本,又可在保證產品質量的同時提高生產的效率。

敷銅的主要目的是提高電路的抗干擾能力,同時對于PCB散熱和PCB的強度有很大好處,敷銅接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面積條狀銅箔,因為在PCB的使用中時間太長時會產生較大熱量,此時條狀銅箔容易發(fā)生膨脹和脫落現象,因此,在敷銅時最好采用柵格狀銅箔,并將此柵格與電路的接地網絡連通,這樣柵格將會有較好的屏蔽效果,柵格網的尺寸由所要重點屏蔽的干擾頻率而定。

4、結束語