什么是高頻PCB？
隨著微波和射頻技術的應用不斷擴展，越來越多的電子設備在微波頻段（＞1GHZ）甚至與毫米波領域（77GHZ）開展設計應用。例如車載波雷達，就是使用的77GHz毫米波天線。
特斯拉毫米波雷達PCB
一般來說，高頻PCB定義為電磁頻率在1GHz以上的PCB。
隨著PCB上信號的頻率越來越高，對PCB的板材的性能要求也越來越高。板材需要具有優(yōu)良的電性能，良好的化學穩(wěn)定性，隨信號頻率的增加在PCB上的損失要非常小。
高頻PCB設計指南
RF傳輸線：微帶線與共面波導（CPWG）
RF傳輸線是通過結構化路徑將RF功率從源傳輸到負載的介質。傳輸線路需要遵循一定的布線規(guī)則，以實現從電源到負載的損失最小。在PCB上，兩種最常見的經濟高效的傳輸線是微帶線與共面波導(CPWG)。
在這兩種傳輸線路中， 一部分電磁場存在于空氣中，另一部分存在于基板中?？諝獾慕殡姵禐?1，而基板的介電常數> 1。因此，傳輸線的有效介電常數小于基板本身的介電常數。
微帶線
微帶線在PCB頂層走射頻信號線，走線下地平面。如下圖微帶線的橫截面。以下因素會影響微帶線的特性阻抗：
? 基板高度 (H)
? 基板的介電常數 (εr)
? 走線寬度 (W)
? 射頻走線的銅厚 (T)
微帶線的構造和加工都很簡單。對于給定板材，微帶線的有效介電常數大于共面波導的有效介電常數。與共面波導相比，布局也相對緊湊。
共面波導（CPWG）
CPWG與微帶線相似，但是在射頻走線的任意一側都有包地。
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 (εr)
? 走線寬度 (W)
? 走線與包地之間的間隙 (G)
? 射頻走線的銅厚 (T)
CPWG在以下方面優(yōu)于微帶線：
? 為射頻走線提供了更好的隔離和EMI性能
? 射頻走線上的分流元件更方便接地
? 降低與其他信號線之間的串擾
? 在高頻率下?lián)p耗低
RF布局走線注意事項
? 確保射頻走線具有50歐姆的特征阻抗，無論是選擇微帶線還是CPWG，使用阻抗計算器計算特征阻抗走線的具體參數。 ? 整個射頻走線的特征阻抗必須保存不變，需要保持射頻走線的寬度恒定。對于CPWG，需要保持射頻走線與包地之間的間距恒定。 ? 對于CPWG，確保射頻走線與包地之間的間距小于基板到參考地的高度，否則射頻走線就變成微帶線。 ? 對于CPWG，確保射頻包地的地線走線寬度要大于包地間距。 ? 確保射頻走線下面有干凈，完整的參考地平面，射頻走線不能穿過其他走線或者跨地平面，以確保為射頻電流提供正確的返回路徑。 ? 射頻走線長度盡可能最短，射頻信號的衰減與走線長度成正比。 ? 避免射頻走線彎曲，如果不可避免，使用弧形線彎曲，不要使用銳彎以保持走線寬度均勻。對于直角轉彎，需要進行調節(jié)，如圖所示。 ? 避免射頻走線中出現分叉。分叉會影響阻抗匹配。射頻走線上的元器件布局在遵循參考設計的同時，避免出現因為元器件布局導致走線分叉。 ? 任何其他走線不要靠近或平行于射頻走線。避免信號相互耦合。 ? 不要在射頻走線上放置測試點，會影響阻抗匹配。 PCB疊層結構設計 4層PCB 四層PCB可以提供完整的地平面和電源平面，對于信號線的走線也更加簡單。 頂層 射頻IC和組件，天線 第2層 地平面 第3層 電源層 底層 非射頻組件和信號 完整的電源層和地平面，去耦電容接地方便，電源PDN網絡的壓降更低。 50歐姆特性阻抗在加工的時候需要跟PCB生產廠商提供的板材參數進行調整，以保證最終制造出來的PCB符合設計要求。 2層PCB 通常在成本敏感時會選擇雙層板，如果選擇雙層板，介質厚度應盡可能薄，因為在特性阻抗50歐姆的要求下，射頻走線寬度與基板高度成正比。較厚的PCB (＞0.8mm)會導致射頻更寬，擠壓其他信號線的走線空間。同時更寬的射頻走線還會觸發(fā)虛假寄生波產生。 頂層 全部IC及射頻線 底層 地平面 如果底層無法做完整的地平面，需要確保射頻電路部分下方有完整的接地平面。 接地平面 射頻電路設計中，接地平面非常重要。射頻信號的返回路徑位于射頻走線下方的接地平面。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，返回電流會在中斷周圍尋找下一個最小回流路徑。增加寄生電感，影響射頻走線和天線之間的阻抗匹配，并顯著衰減射頻信號。同時如果射頻走線下方的接地層很窄，達不到微帶線的要求，也會導致射頻信號衰減嚴重。 接地平面注意事項： ? 不要在接地平面上的射頻走線上方有走線。即使是雙層PCB，也最好將一層完全用于接地。 ? 頂層和底層未走線區(qū)域鋪銅打地過孔，板上過孔的間距不超過信號波長的二十分之一。 ? 使用CSP封裝的芯片時不建議使用雙層PCB，信號需要通過第二層引出，射頻信號難以獲得不間斷地平面。 ? 射頻走線下方需要有寬敞的接地層。 ? 不同層之間的地平面需要過孔緊密連接，整個PCB形成良好接地，從而達到屏蔽的效果。 ? 電源層內縮與地平面，最好在電源層的四周包地并通過過孔與地平面連接，從而降低開關電源對外的輻射。 高頻PCB板材選型指南 PCB板材有哪些重要的參數？ 高頻高速PCB板與普通的PCB板的生產工藝基本相同，性能差異的關鍵點在板材的特性參數。 介電常數（Dk） Dk即Dielectric constant的簡稱，中文叫介電常數，它是表示絕緣特性的一個系數，以字母ε表示。信號的傳送速率與材料介電常數的平方根成反比，高介電常數容易造成信號傳輸延誤，一般來說是越小越好。 介質損耗因子（Df） Df即Dissipation factor的簡稱，中文叫介質損耗因子，又叫損耗角正切（tanδ），是材料的損耗模量與儲能模量之比。影響信號傳送的品質，介質損耗越小，信號損耗也越小。 目前PCB產業(yè)應用最廣泛的基板材料是環(huán)氧樹脂玻纖布覆銅板FR-4，FR-4由一層或者多層浸漬過環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布構成。它的成本較低且電氣和機械性能適于多種應用的需求。 FR-4的介電常數高達4.2~4.8以上，介質損失因數大于 0.0015，難以滿足高頻高速PCB產品的可靠性、復雜性、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下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹脂（PTFE）、環(huán)氧樹脂（EP）、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂（BT）、熱固性氰酸脂樹脂（CE）、熱固性聚苯醚樹脂（PPE）和聚酰亞胺樹脂（PI），由此衍生出的覆銅板種類超過130種。它們共同的特性, 就是介電常數、介質損失因素都是很低的或較低的。 除了介電常數和介質損失因數之外，低CTE（更高的尺寸穩(wěn)定性）和高Tg（高耐熱/高溫模量保持率）的樹脂材料更受歡迎。 對于高頻PCB而言，最為重要的指標是介電特性、信號傳輸速度和耐熱性，在前兩點上PTFE基板具有最佳的性能，是最符合高頻PCB板要求的樹脂材料。
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