本文从线宽、过孔、线间串扰、屏蔽等四个方面阐述高频PCB设计的细节。并列举了几个高频板PCB选型的代表性例子，以供参考。
高频PCB设计流程
(1)传输线的线宽
高频PCB传输线宽度的设计需要基于阻抗匹配理论。
图1阻抗匹配
当输入输出阻抗与传输线阻抗匹配时，系统输出功率最大(总信号功率最小)，输入输出反射最小。对于微波电路，阻抗匹配设计还需要考虑器件的工作点。信号线会引起阻抗传输特性的变化，TTL和CMOS逻辑信号线具有较高的特性阻抗，所以这种影响可以忽略。但在50欧姆等低阻抗高频电路中，需要考虑这种影响，一般要求信号线没有过孔。
(2)传输线之间的串扰
当两条平行的微带线之间的距离很小时，就会发生耦合，从而造成相互之间的串扰，影响传输线的特性阻抗。特别要注意50欧姆和75欧姆的高频电路，在电路设计中要采取措施。这种耦合特性也被用于实际电路设计中，如手机发射功率测量和功率控制。以下分析对高频电路和ECL高速数据(时钟)线有效，对小信号电路(如精密运算放大器电路)有参考价值。
图2两条传输线之间的串扰
设线间耦合度为C，C的值与r、W/d、s和平行线的长度l有关，距离s越小，耦合越强；l越长，耦合越强。为了增加感性认识，例如，50欧姆定向耦合器就利用了这一特性。如1.97GHz PCS频率端基站功率放大器，其中d=30 mil，r=3.48:
10dB定向耦合器的PCB尺寸：S=密耳，l=920密耳，W=53密耳
20dB定向耦合器的PCB尺寸：S=35密耳，l=920密耳，W=62密耳
为了减少信号线之间的串扰，给出以下建议：
形容词（adjective的缩写）高频或高速数据的并行信号线之间的距离s大于线宽的两倍。
B.尽量缩短信号线之间的平行长度。
碳（carbon的缩写）高频小信号、弱信号要避开电源、逻辑信号线等强干扰源。
(3)接地过孔的电磁分析。
无论是IC器件管脚接地还是其他电阻容器接地，在高频电路中都要求接地过孔尽量靠近管脚。理论依据是高频信号的接地路径等效为理想传输线端子的接地，其驻波状态如图3所示。
图三驻波状态图
因为接地线很短，所以接地传输线相当于一个感性阻抗(n-pH量级)，接地过孔也近似相当于一个感性阻抗，影响高频信号的滤波效果。这就是接地过孔尽可能靠近引脚的原因。为了降低传输线的感性负载，微波电路需要多一个接地引脚的过孔，相当于在低频电路中增加接地面的电流容量，以保证所有接地点都等于零电平。
(4)电力滤波
TTL和CMOS电路在电源引脚附近增加滤波电容，以减少信号逻辑对电源的影响(过冲)。然而，在高频和微波电路中采取这样的措施是不够的。下面以制造工艺为例说明高频信号对电源的干扰。
图4高频信号对电源的高频干扰方式
两种模式的高频信号都对电源产生高频干扰，并影响其他功能电路。除了电源引脚和滤波电容，还需要串联电感来抑制高频干扰。串联电感的选择与工作频率有关。它是基于这样一个事实：如果电源脚滤除了1米以上的高频干扰
碳（carbon的缩写）在高频大信号PCB设计中，高频部分应设计独立的功能模块和屏蔽盒，以减少高频信号的外部辐射。如光纤155M、622M、2Gb/s收发模块。
多层PCB(诺基亚6110)，双面设备，手机PCB设计如图5所示。
图5手机PCB设计示例
高PCB板选择示例
下面以我们设计调试的高频(微波)PCB为例来说明板材的选择。
(1)1)2.4 GHz扩频数字微波中继板的选择
其结构包括2M数字接口、20M扩频解扩和70M中频调制解调板。我们用FR4板，四层PCB板，大面积地板。高频模拟部分的电源通过电感扼流圈与数字部分隔离。
2.4GHz射频收发机采用F4双面板，收发机采用金属盒屏蔽，电源输入滤波。
(2)1.9GHz射频收发器
其中功放采用PTFE板和双面PCB板；射频收发器由PTFE板和四层PCB板制成。都采用了大面积铺设地板，屏蔽功能模块的措施。
(3)140MHz中频收发器
使用顶部0.3毫米的S1139板，大面积铺设地板，并通过过孔隔离。
(4)70MHz中频收发器
FR4板，四层PCB板。地板大面积铺设，功能模块隔离带由一系列通孔隔离。
(5)30W功率放大器
RO4350板，双面PCB板。大面积铺地板，间距约束大于等于50欧姆线宽，金属盒屏蔽，过滤电源输入。
(6)2000MHz微波频率源
S1139板材，厚度0.8mm，双面PCB板。
结论：目前市场上无线领域的设备涉及广泛，应用复杂。尤其是在当前的无线通信市场，产品的价格和上市时间越来越成为竞争的焦点。因此，电子工程师的PCB设计不仅要考虑技术的先进性，还要从多方面进行妥协，平衡技术先进、价格优势、缩短产品上市时间等关键因素，从而提高产品的竞争力。
审计唐子红
标签：信号PCB电路