RF與數(shù)模電路的PCB設(shè)計(jì)之魅（二）

最大程度降低PCB互連設(shè)計(jì)中RF效應(yīng)

　　電路板系統(tǒng)的互連包括：芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在RF設(shè)計(jì)中，互連點(diǎn)處的電磁特性是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題之一，本文介紹上述三類互連設(shè)計(jì)的各種技巧，內(nèi)容涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等等。

　　目前有跡象表明，印刷電路板設(shè)計(jì)的頻率越來(lái)越高。隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳送所要求的帶寬也促使信號(hào)頻率上限達(dá)到1GHz，甚至更高。這種高頻信號(hào)技術(shù)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毫米波技術(shù)范圍（30GHz），但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。

　　RF工程設(shè)計(jì)方法必須能夠處理在較高頻段處通常會(huì)產(chǎn)生的較強(qiáng)電磁場(chǎng)效應(yīng)。這些電磁場(chǎng)能在相鄰信號(hào)線或PCB線上感生信號(hào)，導(dǎo)致令人討厭的串?dāng)_（干擾及總噪聲），并且會(huì)損害系統(tǒng)性能?；?fù)p主要是由阻抗失配造成，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn)生的影響一樣。

　　高回?fù)p有兩種負(fù)面效應(yīng)：1.信號(hào)反射回信號(hào)源會(huì)增加系統(tǒng)噪聲，使接收機(jī)更加難以將噪聲和信號(hào)區(qū)分開來(lái)；2.任何反射信號(hào)基本上都會(huì)使信號(hào)質(zhì)量降低，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的形狀出現(xiàn)了變化。

　　盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理1和0信號(hào)并具有非常好的容錯(cuò)性，但是高速脈沖上升時(shí)產(chǎn)生的諧波會(huì)導(dǎo)致頻率越高信號(hào)越弱。盡管前向糾錯(cuò)技術(shù)可以消除一些負(fù)面效應(yīng)，但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個(gè)較好的解決方案是讓RF效應(yīng)有助于而非有損于信號(hào)的完整性。建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率處 （通常是較差數(shù)據(jù)點(diǎn)）的回?fù)p總值為-25dB，相當(dāng)于VSWR為1.1。

　　PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和成本更低。對(duì)于RFPCB而言，高速信號(hào)有時(shí)會(huì)限制PCB設(shè)計(jì)的小型化。目前，解決串?dāng)_問(wèn)題的主要方法是進(jìn)行接地層管理，在布線之間進(jìn)行間隔和降低引線電感（studcapacitance）。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對(duì)絕緣材料的有效管理以及對(duì)有源信號(hào)線和地線進(jìn)行隔離，尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號(hào)線和地之間更要進(jìn)行間隔。

　　由于互連點(diǎn)是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié)，在RF設(shè)計(jì)中，互連點(diǎn)處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題，要考察每個(gè)互連點(diǎn)并解決存在的問(wèn)題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部裝置之間信號(hào)輸入/輸出等三類互連。

　　一、芯片到PCB板間的互連

　　Pentium IV以及包含大量輸入/輸出互連點(diǎn)的高速芯片已經(jīng)面世。就芯片本身而言，其性能可靠，并且處理速率已經(jīng)能夠達(dá)到1GHz。在最近GHz互連研討會(huì) （www.az.ww.com）上，最令人激動(dòng)之處在于：處理I/O數(shù)量和頻率不斷增長(zhǎng)問(wèn)題的方法已經(jīng)廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問(wèn)題是互連密度太高會(huì)導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長(zhǎng)的因素。會(huì)議上提出了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案，即采用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳送到鄰近的電路板上。

　　無(wú)論此方案是否有效，與會(huì)人員都非常清楚：就高頻應(yīng)用而言，IC設(shè)計(jì)技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于PCB設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　二、PCB板內(nèi)互連

　　進(jìn)行高頻PCB設(shè)計(jì)的技巧和方法如下：

　　1. 傳輸線拐角要采用45°角，以降低回?fù)p（圖1）；

　　2. 要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效管理。

　　3. 要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線寬總誤差為+/-0.0007英寸、對(duì)布線形狀的下切（undercut）和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件。對(duì)布線（導(dǎo)線）幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理，對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨