電路板系統(tǒng)互連包括芯片到電路板互連、PCB板內(nèi)部互連、PCB與外部器件互連三種。 在RF設(shè)計(jì)中，互連點(diǎn)處的電磁特性是PCB工程面臨的主要問題之一。 本文介紹了上述三種互連設(shè)計(jì)的各種技術(shù)，包括器件安裝方法、布線隔離和降低引線電感的措施。

目前，有跡象表明印刷設(shè)計(jì)的頻率越來越高。 隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長，數(shù)據(jù)傳輸所需的帶寬也使得信號(hào)頻率的上限達(dá)到1GHz，甚至更高。 雖然這種高頻信號(hào)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了毫米波技術(shù)（30GHz）的范圍，但它確實(shí)涉及射頻和低端微波技術(shù)。

射頻工程設(shè)計(jì)方法必須能夠處理通常發(fā)生在較高頻率的強(qiáng)電磁場效應(yīng)。 這些電磁場會(huì)在相鄰的信號(hào)線或 PCB 線上感應(yīng)信號(hào)，導(dǎo)致惱人的串?dāng)_（干擾和總噪聲）并損害系統(tǒng)性能。 回?fù)p主要是由阻抗不匹配引起的，它對(duì)信號(hào)的影響與加性噪聲和干擾相同。

高回波損耗有兩個(gè)負(fù)面影響： 1. 信號(hào)反射回信號(hào)源會(huì)增加系統(tǒng)噪聲，使接收端更難區(qū)分噪聲和信號(hào)； 2. 任何反射信號(hào)基本上都會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的形狀會(huì)發(fā)生變化。

雖然數(shù)字系統(tǒng)只處理1和0信號(hào)，容錯(cuò)性很好，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。 雖然前向糾錯(cuò)技術(shù)可以消除一些負(fù)面影響，但是系統(tǒng)的一部分帶寬被用來傳輸冗余數(shù)據(jù)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。 更好的解決方案是讓 RF 效應(yīng)有助于信號(hào)完整性而不是破壞它。 建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率（通常是不良數(shù)據(jù)點(diǎn)）的總回波損耗為-25dB，相當(dāng)于VSWR為1.1。

PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和更低成本。 對(duì)于RF PCB，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)_問題的主要方法是管理地平面、間隔布線和降低引線電感。 降低回波損耗的主要方法是阻抗匹配。 這種方法包括絕緣材料的有效管理和有源信號(hào)線與地線的隔離，特別是有狀態(tài)跳變的信號(hào)線與地線的隔離。

PCB設(shè)計(jì)

由于互連點(diǎn)是電路鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)，互連點(diǎn)處的電磁特性是射頻設(shè)計(jì)中工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題。 需要對(duì)每個(gè)互聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行排查，解決存在的問題。 電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)部的互連以及PCB與外部設(shè)備之間的信號(hào)輸入/輸出。

芯片與PCB板互連

Pentium IV 和含有大量 I/O 互連點(diǎn)的高速芯片相繼推出。 就芯片本身而言，其性能可靠，處理速度達(dá)到了1GHz。 在最近的 GHz互連研討會(huì)上，最令人興奮的是，應(yīng)對(duì)不斷增長的 I/O 數(shù)量和頻率的方法廣為人知。 芯片與PCB互連的主要問題是互連密度過高會(huì)導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長的因素。 會(huì)上提出了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案，即利用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较噜彽碾娐钒濉?/p>

不管這個(gè)方案是否有效，與會(huì)者都很清楚：在高頻應(yīng)用方面，IC設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于PCB設(shè)計(jì)技術(shù)。

PCB內(nèi)部互連

高頻PCB設(shè)計(jì)的技巧和方法如下：

1、傳輸線轉(zhuǎn)角采用45°角，減少回波損耗。

2、使用絕緣常數(shù)值嚴(yán)格控制的高性能絕緣電路板。 這種方法有利于有效管理絕緣材料與相鄰布線之間的電磁場。

3、完善高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。 考慮到指定線寬的總誤差為+/-0.0007英寸，管理布線形狀的底切和橫截面，并指定布線側(cè)壁的電鍍條件。 布線（導(dǎo)線）幾何形狀和涂層表面的整體管理對(duì)于解決與微波頻率相關(guān)的集膚效應(yīng)問題和實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范非常重要。

4、突出引線中有抽頭電感，應(yīng)避免使用帶引線元件。 在高頻環(huán)境中，首選表面貼裝元件。

5、對(duì)于信號(hào)過孔，避免在敏感板上使用過孔處理（pth）工藝，因?yàn)榇斯に嚂?huì)導(dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感。 如果 20 層板上的過孔用于連接第 1 層至第 3 層，則引線電感會(huì)影響第 4 層至第 19 層。

6、應(yīng)提供充足的地平面。 模壓孔用于連接這些接地層，以防止3D電磁場對(duì)電路板的影響。

7、應(yīng)選用無電解鍍鎳或浸金工藝，不得采用噴錫法進(jìn)行電鍍。 電鍍表面可以為高頻電流提供更好的趨膚效應(yīng)。 此外，這種高度可焊的涂層需要更少的引線，有助于減少環(huán)境污染。

8、阻焊層防止錫膏流動(dòng)。 但是，由于厚度的不確定性和絕緣性能的不確定性，用阻焊材料覆蓋整個(gè)板面會(huì)導(dǎo)致微帶線設(shè)計(jì)中電磁能量發(fā)生較大變化。 阻焊層一般用作焊接屏障。

如果對(duì)這些方法不熟悉，可以咨詢有經(jīng)驗(yàn)的從事軍用微波電路板設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工程師。 您也可以與他們討論您可以承受的價(jià)格范圍。 例如，覆銅共面微帶線設(shè)計(jì)比帶狀線設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)。 您可以與他們討論這個(gè)問題以獲得更好的建議。 好的工程師可能不習(xí)慣考慮成本，但他們的建議也很有幫助。 現(xiàn)在要盡量培養(yǎng)對(duì)射頻效應(yīng)不熟悉，缺乏處理射頻效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的年輕工程師，這將是一個(gè)長期的工作。

此外，還可以采用其他解決方案，如改進(jìn)計(jì)算機(jī)模型，使其具有射頻效應(yīng)處理能力。

PCB與外部設(shè)備互連

現(xiàn)在我們可以認(rèn)為我們已經(jīng)解決了板上和各種分立元件互連上的所有信號(hào)管理問題。 如何解決電路板到連接遠(yuǎn)程設(shè)備的線的信號(hào)輸入/輸出問題？ 同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者 Trompeter Electronics 致力于解決這一問題，并取得了一些重要進(jìn)展。

另外看看pcb給的電磁場。 在這種情況下，我們管理從微帶線到同軸電纜的轉(zhuǎn)換。 在同軸電纜中，接地層呈環(huán)形交錯(cuò)且間隔均勻。 在微帶線中，地平面位于有源線下方。 這引入了一些需要在設(shè)計(jì)中理解、預(yù)測和考慮的邊緣效應(yīng)。 當(dāng)然，這種不匹配也會(huì)導(dǎo)致回波損耗。 這種不匹配必須最小化以避免噪聲和信號(hào)干擾。

電路板中阻抗問題的處理不是一個(gè)可以忽略的設(shè)計(jì)問題。 阻抗從電路板的表層開始，然后通過焊點(diǎn)到達(dá)連接器，最后終止于同軸電纜。 由于阻抗隨頻率變化，頻率越高，管理阻抗就越困難。 使用更高頻率在寬帶上傳輸信號(hào)的問題似乎是設(shè)計(jì)中面臨的主要問題。