PCB互连设计技巧及方法.docx

- -可编辑修改 - PCB 互连设计技巧及方法 电路板系统的互连包括：芯片到电路板、 PCB 板内互连以及 PCB 与外部器件之间的三类互连。在 RF 设计中，互连点 处的电磁特性工程设计面临的主要问题之一，本文介绍上述三类互连设计的各种技巧，内容涉及器件安装方法、布线 的隔离以及减少引线电感的措施等等。 目前有迹象表明，印刷电路板设计的频率越来越高。随着数据速率的不断增，数据传送所要求的带宽也促使信号 频率上限达到 1GHz ，甚至更高。种高频信号技术虽然远远超出毫米波技术范围 (30GHz) ，但的确也涉及 RF 和低端微 波技术。 RF 工程设计方法必须能够处理在较高频段处通常会产生的较强电磁场效应。这些电磁场能在相邻信号线或 PCB 线上感生信号，导致令讨厌的串扰 (干扰及总噪声 )，并且会损害系统性能。回损主要是由阻抗失配造成，对信号产生的 影响如加性噪声和干扰产生的影响一样。 高回损有两种负面效应： 1. 信号反射回信号源会增加系统噪声， 使接收机更加难以将噪声和信号区分开来； 2. 任何 反射信号基本上都会使信号质量降低，因为输入信号的形状出现了变化。 尽管由于数字系统只处理 1 和 0 信号并具有非常好的容错性，但是高速脉冲上升时产生的谐波会导致频率越高信 号越弱。尽管前向纠错技术可以消除一些负面效应，但是系统的部分带宽用于传输冗余数据，从而导致系统性能的降 低。一个较好的解决方案是让 RF 效应有助于而非有损于信号的完整性。建议数字系统最高频率处 (通常是较差数据点 ) 的回损总值为 -25dB ，相当于 VSWR 为 1.1 。 PCB 设计的目标是更小、更快和成本更低。对于 RFPCB 而言，高速信号有时会限制 PCB 设计的小型化。目前， 解决串扰问题的主要方法是进行接地层管理，在布线之间进行间隔和降低引线电感 (studcapacitance) 。降低回损的主 要方法是进行阻抗匹配。此方法包括对绝缘材料的有效管理以及对有源信号线和地线进行隔离，尤其在状态发生跳变 的信号线和地之间更要进行间隔。 由于互连点是电路链上最为薄弱的环节， 在RF设计中，互连点处的电磁性质是工程设计面临的主要问题， 要考察 每个互连点并解决存在的问题。 电路板系统的互连包括芯片到电路板、 PCB 板内互连以及 PCB 与外部装置之间信号输 入/输出等三类互连。 芯片到 PCB 板间的互连 PentiumIV 以及包含大量输入 / 输出互连点的高速芯片已经面世。就芯片本身而言，其性能可靠，并且处理速率已 经能够达到 1GHz 。在最近 GHz 互连研讨会上，最令激动之处在于：处理 I/O 数量和频率不断增问题的方法已经广为 人知。芯片与 PCB 互连的最主要问题互连密度太高会导致 PCB 材料的基本结构成为限制互连密度增长的因素。会议 上提出了一个创新的解决方案，即采用芯片内部的本地无线发射器将数据传送到邻近的电路板上。 无论此方案是否有效，与会人员都非常清楚：就高频应用而言， IC 设计技术已远远领先于 PCB 设计技术。 PCB 板内互连进行高频 PCB 设计的技巧和方法如下： 传输线拐角要采用 45 °角，以降低回损； 要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板。种方法有利于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁场进 行有效管理。 要完善有关高精度蚀刻的 PCB 设计规范。要考虑规定线宽总误差为 +/-0.0007 英寸、对布线形状的下切 (undercut) 和横断面进行管理并指定布线侧壁电镀条件。 对布线 (导线 )几何形状和涂层表面进行总体管理， 对解决与微 波频率相关的趋肤效应问题及实现这些规范相当重要。 突出引线存在抽头电感，要避免使用有引线的组件。高频环境下，最好使用表面安装组件。 对信号过孔而言，要避免在敏感板上使用过孔加工 (pth) 工艺，因为该工艺会导致过孔处产生引线电感，如一个 20 层板上的一个过孔用于连接 1 至 3 层时，引线电感可影响 4 到 19 层。 要提供丰富的接地层，要采用模压孔将这些接地层连接起来防止 3 维电磁场对电路板的影响。 要选择非电解镀镍或浸镀金工艺，不要采用 HASL 法进行电镀。这种电镀表面能为高频电流提供更好的趋肤效 应。此外，这种高可焊涂层所需引线较少，有助于减少环境污染。 阻焊层可防止焊锡膏的流动。但是，由于厚度不确定性和绝缘性能的未知性，整个板表面都覆盖阻焊材料将会 导致微带设计中的电磁能量的较大变化。一般采用焊坝 (solderdam) 来作阻焊层。 如果你不熟悉这些方法，可向曾从事过军用微波电路板设计的经验丰富的设计工程师咨询，你还可同他们讨论一 下你所能承受的价格范围。例如，采用背面覆铜共面 (copper-backedcoplanar) 微带设计比带状线