什么是高頻PCB？
隨著微波和射頻技術(shù)的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備在微波頻段（＞1GHZ）甚至與毫米波領(lǐng)域（77GHZ）開(kāi)展設(shè)計(jì)應(yīng)用。例如車(chē)載波雷達(dá)，就是使用的77GHz毫米波天線(xiàn)。
特斯拉毫米波雷達(dá)PCB
一般來(lái)說(shuō)，高頻PCB定義為電磁頻率在1GHz以上的PCB。
隨著PCB上信號(hào)的頻率越來(lái)越高，對(duì)PCB的板材的性能要求也越來(lái)越高。板材需要具有優(yōu)良的電性能，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，隨信號(hào)頻率的增加在PCB上的損失要非常小。
高頻PCB設(shè)計(jì)指南
RF傳輸線(xiàn)：微帶線(xiàn)與共面波導(dǎo)（CPWG）
RF傳輸線(xiàn)是通過(guò)結(jié)構(gòu)化路徑將RF功率從源傳輸?shù)截?fù)載的介質(zhì)。傳輸線(xiàn)路需要遵循一定的布線(xiàn)規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)從電源到負(fù)載的損失最小。在PCB上，兩種最常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)高效的傳輸線(xiàn)是微帶線(xiàn)與共面波導(dǎo)(CPWG)。
在這兩種傳輸線(xiàn)路中， 一部分電磁場(chǎng)存在于空氣中，另一部分存在于基板中?？諝獾慕殡姵?shù)為 1，而基板的介電常數(shù)> 1。因此，傳輸線(xiàn)的有效介電常數(shù)小于基板本身的介電常數(shù)。
微帶線(xiàn)
微帶線(xiàn)在PCB頂層走射頻信號(hào)線(xiàn)，走線(xiàn)下地平面。如下圖微帶線(xiàn)的橫截面。以下因素會(huì)影響微帶線(xiàn)的特性阻抗：
? 基板高度 (H)
? 基板的介電常數(shù) (εr)
? 走線(xiàn)寬度 (W)
? 射頻走線(xiàn)的銅厚 (T)
微帶線(xiàn)的構(gòu)造和加工都很簡(jiǎn)單。對(duì)于給定板材，微帶線(xiàn)的有效介電常數(shù)大于共面波導(dǎo)的有效介電常數(shù)。與共面波導(dǎo)相比，布局也相對(duì)緊湊。
共面波導(dǎo)（CPWG）
CPWG與微帶線(xiàn)相似，但是在射頻走線(xiàn)的任意一側(cè)都有包地。
CPWG的特性阻抗取決于以下因素：
? 基板高度 (H)
? 基板的介電常數(shù) (εr)
? 走線(xiàn)寬度 (W)
? 走線(xiàn)與包地之間的間隙 (G)
? 射頻走線(xiàn)的銅厚 (T)
CPWG在以下方面優(yōu)于微帶線(xiàn)：
? 為射頻走線(xiàn)提供了更好的隔離和EMI性能
? 射頻走線(xiàn)上的分流元件更方便接地
? 降低與其他信號(hào)線(xiàn)之間的串?dāng)_
? 在高頻率下?lián)p耗低
RF布局走線(xiàn)注意事項(xiàng)
? 確保射頻走線(xiàn)具有50歐姆的特征阻抗，無(wú)論是選擇微帶線(xiàn)還是CPWG，使用阻抗計(jì)算器計(jì)算特征阻抗走線(xiàn)的具體參數(shù)。 ? 整個(gè)射頻走線(xiàn)的特征阻抗必須保存不變，需要保持射頻走線(xiàn)的寬度恒定。對(duì)于CPWG，需要保持射頻走線(xiàn)與包地之間的間距恒定。 ? 對(duì)于CPWG，確保射頻走線(xiàn)與包地之間的間距小于基板到參考地的高度，否則射頻走線(xiàn)就變成微帶線(xiàn)。 ? 對(duì)于CPWG，確保射頻包地的地線(xiàn)走線(xiàn)寬度要大于包地間距。 ? 確保射頻走線(xiàn)下面有干凈，完整的參考地平面，射頻走線(xiàn)不能穿過(guò)其他走線(xiàn)或者跨地平面，以確保為射頻電流提供正確的返回路徑。 ? 射頻走線(xiàn)長(zhǎng)度盡可能最短，射頻信號(hào)的衰減與走線(xiàn)長(zhǎng)度成正比。 ? 避免射頻走線(xiàn)彎曲，如果不可避免，使用弧形線(xiàn)彎曲，不要使用銳彎以保持走線(xiàn)寬度均勻。對(duì)于直角轉(zhuǎn)彎，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖所示。 ? 避免射頻走線(xiàn)中出現(xiàn)分叉。分叉會(huì)影響阻抗匹配。射頻走線(xiàn)上的元器件布局在遵循參考設(shè)計(jì)的同時(shí)，避免出現(xiàn)因?yàn)樵骷季謱?dǎo)致走線(xiàn)分叉。 ? 任何其他走線(xiàn)不要靠近或平行于射頻走線(xiàn)。避免信號(hào)相互耦合。 ? 不要在射頻走線(xiàn)上放置測(cè)試點(diǎn)，會(huì)影響阻抗匹配。 PCB疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4層PCB 四層PCB可以提供完整的地平面和電源平面，對(duì)于信號(hào)線(xiàn)的走線(xiàn)也更加簡(jiǎn)單。 頂層 射頻IC和組件，天線(xiàn) 第2層 地平面 第3層 電源層 底層 非射頻組件和信號(hào) 完整的電源層和地平面，去耦電容接地方便，電源PDN網(wǎng)絡(luò)的壓降更低。 50歐姆特性阻抗在加工的時(shí)候需要跟PCB生產(chǎn)廠(chǎng)商提供的板材參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證最終制造出來(lái)的PCB符合設(shè)計(jì)要求。 2層PCB 通常在成本敏感時(shí)會(huì)選擇雙層板，如果選擇雙層板，介質(zhì)厚度應(yīng)盡可能薄，因?yàn)樵谔匦宰杩?0歐姆的要求下，射頻走線(xiàn)寬度與基板高度成正比。較厚的PCB (＞0.8mm)會(huì)導(dǎo)致射頻更寬，擠壓其他信號(hào)線(xiàn)的走線(xiàn)空間。同時(shí)更寬的射頻走線(xiàn)還會(huì)觸發(fā)虛假寄生波產(chǎn)生。 頂層 全部IC及射頻線(xiàn) 底層 地平面 如果底層無(wú)法做完整的地平面，需要確保射頻電路部分下方有完整的接地平面。 接地平面 射頻電路設(shè)計(jì)中，接地平面非常重要。射頻信號(hào)的返回路徑位于射頻走線(xiàn)下方的接地平面。為了獲得良好的射頻性能，返回路徑需要不間斷且盡可能寬。如果接地平面中斷，返回電流會(huì)在中斷周?chē)鷮ふ蚁乱粋€(gè)最小回流路徑。增加寄生電感，影響射頻走線(xiàn)和天線(xiàn)之間的阻抗匹配，并顯著衰減射頻信號(hào)。同時(shí)如果射頻走線(xiàn)下方的接地層很窄，達(dá)不到微帶線(xiàn)的要求，也會(huì)導(dǎo)致射頻信號(hào)衰減嚴(yán)重。 接地平面注意事項(xiàng)： ? 不要在接地平面上的射頻走線(xiàn)上方有走線(xiàn)。即使是雙層PCB，也最好將一層完全用于接地。 ? 頂層和底層未走線(xiàn)區(qū)域鋪銅打地過(guò)孔，板上過(guò)孔的間距不超過(guò)信號(hào)波長(zhǎng)的二十分之一。 ? 使用CSP封裝的芯片時(shí)不建議使用雙層PCB，信號(hào)需要通過(guò)第二層引出，射頻信號(hào)難以獲得不間斷地平面。 ? 射頻走線(xiàn)下方需要有寬敞的接地層。 ? 不同層之間的地平面需要過(guò)孔緊密連接，整個(gè)PCB形成良好接地，從而達(dá)到屏蔽的效果。 ? 電源層內(nèi)縮與地平面，最好在電源層的四周包地并通過(guò)過(guò)孔與地平面連接，從而降低開(kāi)關(guān)電源對(duì)外的輻射。 高頻PCB板材選型指南 PCB板材有哪些重要的參數(shù)？ 高頻高速PCB板與普通的PCB板的生產(chǎn)工藝基本相同，性能差異的關(guān)鍵點(diǎn)在板材的特性參數(shù)。 介電常數(shù)（Dk） Dk即Dielectric constant的簡(jiǎn)稱(chēng)，中文叫介電常數(shù)，它是表示絕緣特性的一個(gè)系數(shù)，以字母ε表示。信號(hào)的傳送速率與材料介電常數(shù)的平方根成反比，高介電常數(shù)容易造成信號(hào)傳輸延誤，一般來(lái)說(shuō)是越小越好。 介質(zhì)損耗因子（Df） Df即Dissipation factor的簡(jiǎn)稱(chēng)，中文叫介質(zhì)損耗因子，又叫損耗角正切（tanδ），是材料的損耗模量與儲(chǔ)能模量之比。影響信號(hào)傳送的品質(zhì)，介質(zhì)損耗越小，信號(hào)損耗也越小。 目前PCB產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的基板材料是環(huán)氧樹(shù)脂玻纖布覆銅板FR-4，F(xiàn)R-4由一層或者多層浸漬過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃纖維布構(gòu)成。它的成本較低且電氣和機(jī)械性能適于多種應(yīng)用的需求。 FR-4的介電常數(shù)高達(dá)4.2~4.8以上，介質(zhì)損失因數(shù)大于 0.0015，難以滿(mǎn)足高頻高速PCB產(chǎn)品的可靠性、復(fù)雜性、電性能和裝配性能等方面的要求。 在目前高速高頻化的趨勢(shì)下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹(shù)脂（PTFE）、環(huán)氧樹(shù)脂（EP）、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪樹(shù)脂（BT）、熱固性氰酸脂樹(shù)脂（CE）、熱固性聚苯醚樹(shù)脂（PPE）和聚酰亞胺樹(shù)脂（PI），由此衍生出的覆銅板種類(lèi)超過(guò)130種。它們共同的特性, 就是介電常數(shù)、介質(zhì)損失因素都是很低的或較低的。 除了介電常數(shù)和介質(zhì)損失因數(shù)之外，低CTE（更高的尺寸穩(wěn)定性）和高Tg（高耐熱/高溫模量保持率）的樹(shù)脂材料更受歡迎。 對(duì)于高頻PCB而言，最為重要的指標(biāo)是介電特性、信號(hào)傳輸速度和耐熱性，在前兩點(diǎn)上PTFE基板具有最佳的性能，是最符合高頻PCB板要求的樹(shù)脂材料。
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