高频电路板设计技巧和注意事项

随着电子技术快速发展，以及无线通信技术在各领域的广泛应用，高频、高速、高密度已逐步成为现代电子产品的显著发展趋势之一。信号传输高频化和高速数字化，使PCB走向微小孔与埋/盲孔化、导线精细化、介质层均匀薄型化，高频高速高密度多层PCB设计已成为一个重要的研究领域。在高频电路中有哪些设计技巧和注意事项呢，一起来看。

1.如何选择PCB板材？

选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。通常在设计非常高速的PCB板子（大于GHz 的频率）时这材质问题会比较重要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损耗（dielectric loss）会对信号衰减有很大的影响，可能就不合用。就电气而言，要注意介电常数（dielectric constant）和介质损在所设计的频率是否合用。

2.如何避免高频干扰

避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰（Crosstalk）。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离，或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

3.在高速设计中，如何解决信号的完整性问题？

信号完整性基本上是阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的因素有信号源的架构和输出阻抗（output impedance），走线的特性阻抗，负载端的特性，走线的拓朴（topology）架构等。解决的方式是靠端接（termination）与调整走线的拓朴。

4.何谓差分布线？

差分信号，有些也称差动信号，用两根完全一样，极性相反的信号传输一路数据，依靠两根信号电平差进行判决。为了保证两根信号完全一致，在布线时要保持并行，线宽、线间距保持不变。

5.差分布线方式是如何实现的？

差分对的布线有两点要注意，一是两条线的长度要尽量一样长；另一个是两线的间距（此间距由差分阻抗决定）要一直保持不变，也就是要保持平行。平行的方式有两种：一为两条线走在同一走线层（side-by-side）；一为两条线走在上下相邻两层（over-under）。

6.对于只有一个输出端的时钟信号线，如何实现差分布线？

要用差分布线一定是信号源和接收端也都是差分信号才有意义。所以，对只有一个输出端的时钟信号是无法使用差分布线的。

7.为何差分对的布线要靠近且平行？

对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行。所谓适当的靠近是因为这间距会影响到差分阻抗(differential impedance)的值，此值是设计差分对的重要参数。需要平行也是因为要保持差分阻抗的一致性。若两线忽远忽近，差分阻抗就会不一致，就会影响信号完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)。

8.在高速PCB设计中，信号层的空白区域可以敷铜，而多个信号层的敷铜在接地和接电源上应如何分配？

一般在空白区域的敷铜绝大部分情况是接地。只是在高速信号线旁敷铜时要注意敷铜与信号线的距离，因为所敷的铜会降低一点走线的特性阻抗。也要注意不要影响到它层的特性阻抗，例如在dual strip line的结构时。

9.为何要铺铜？

一般铺铜有几个方面原因：一是，EMC。对于大面积的地或电源铺铜，会起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防护作用。二是，PCB工艺要求。一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的PCB板层铺铜。三是，信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。当然还有散热，特殊器件安装要求铺铜等等原因。

10.若干PCB组成系统，各板之间的地线应如何连接？

各个PCB板子相互连接之间的信号或电源在动作时，例如A板子有电源或信号送到B板子，一定会有等量的电流从地层流回到A板子(此为Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的地方流回去。所以，在各个不管是电源或信号相互连接的接口处，分配给地层的管脚数不能太少，以降低阻抗，这样可以降低地层上的噪声。另外，也可以分析整个电流环路，尤其是电流较大的部分，调整地层或地线的接法，来控制电流的走法(例如，在某处制造低阻抗，让大部分的电流从这个地方走)，降低对其它较敏感信号的影响。

11.模拟电源处的滤波经常是用LC电路。但是为什么有时LC比RC滤波效果差？

LC与RC滤波效果的比较必须考虑所要滤掉的频带与电感值的选择是否恰当。因为电感的感抗(reactance)大小与电感值和频率有关。如果电源的噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如RC。但是，使用RC滤波要付出的代价是电阻本身会耗能，效率较差，且要注意所选电阻能承受的功率。

12.当一块PCB板中有多个数/模功能块时，常规做法是要将数/模地分开，原因何在？

将数/模地分开的原因是因为数字电路在高低电位切换时会在电源和地产生噪声，噪声的大小跟信号的速度及电流大小有关。如果地平面上不分割且由数字区域电路所产生的噪声较大而模拟区域的电路又非常接近，则即使数模信号不交叉，模拟的信号依然会被地噪声干扰。也就是说数模地不分割的方式只能在模拟电路区域距产生大噪声的数字电路区域较远时使用。

13.怎样通过安排叠层来减少EMI问题？

首先，EMI要从系统考虑，单凭PCB无法解决问题。对EMI来讲，主要是提供信号最短回流路径，减小耦合面积，抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合，适当比电源层外延，对抑制共模干扰有好处。

14.在布局、布线中如何处理才能保证50M以上信号的稳定性？

高速数字信号布线，关键是减小传输线对信号质量的影响。因此，100M以上的高速信号布局时要求信号走线尽量短。数字电路中，高速信号是用信号上升延时间来界定的。而且，不同种类的信号（如TTL，GTL，LVTTL），确保信号质量的方法不一样。

15.在芯片选择的时候是否也需要考虑芯片本身的esd问题？

不论是双层板还是多层板，都应尽量增大地的面积。在选择芯片时要考虑芯片本身的ESD特性，这些在芯片说明中一般都有提到，而且即使不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同。设计时多加注意，考虑的全面一点，做出电路板的性能也会得到一定的保证。但ESD的问题仍然可能出现，因此机构的防护对ESD的防护也是相当重要的。