PCB高频板的定义:
高频板是指电磁频率较高的特种线路板,用于高频率(频率大于300MHZ或者波长小于1米)与微波(频率大于3GHZ或者波长小于0.1米)领域的PCB,是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说,高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。
随着科学技术的快速发展,越来越多的设备设计是在微波频段(>1GHZ)甚至与毫米波领域(77GHZ)以上的应用(例如现在很火的车载77GHz毫米波天线),这也意味着频率越来越高,对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能,良好的化学稳定性,随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小,所以高频板材的重要性就凸现出来了。
多层电路板按照层数可以分为单面板、双层板以及多层板,多层板是指层数为4层以上的电路板。对于很多小型化产品、高速产品会用到板,如手机、路由、交换机等。 那么,多层PCB板设计需要注意哪些事项呢?
一、为什么要用多层板?
1、产品小型化的要求:
当前,电子产品向小型化靠拢,但是所用芯片、元器件并不少,导致PCB无法走线,只能以层数来换面积。
2、高速信号完整性的要求:
随着电子技术发展,路由、手机、交换机、基站等高速信号产品,易受干扰、串扰,多层板可以有效提高信号的完整性,把信号受干扰程度降到较低。
二、需要注意的事项:
PCB的叠层设计不是层的简单堆叠,其中地层的安排是关键,它与信号的安排和走向有密切的关系。多层板的设计和普通的PCB相比,除了添加了必要的信号走线层之外,较重要的就是安排了独立的电源和地层(铺铜层)。在高速数字电路系统中,使用电源和地层来代替以前的电源和地总线的优点主要在于:
1)为数字信号的变换提供一个稳定的参考电压。
2)均匀地将电源同时加在每个逻辑器件上。
3)有效地抑制信号之间的串扰。
其原因在于,使用大面积铺铜作为电源和地层大大减小了电源和地的电阻,使得电源层上的电压均匀平稳,而且可以保证每根信号线都有很近的地平面相对应,这同时也减小了信号线的特征阻抗,也可有效地减少串扰。所以,对于某些高端的高速电路设计,已经明确规定一定要使用6层(或以上的)的叠层方案,如Intel对PC133内存模块PCB的要求。这主要就是考虑到多层板在电气特性,以及对电磁辐射的抑制,甚至在抵抗物理机械损伤的能力上都明显优于低层数的PCB。
一般情况下均按以下原则进行叠层设计:满足信号的特征阻抗要求;满足信号回路较小化原则;满足较小化PCB内的信号干扰要求;满足对称原则。具体而言在设计多层板时需要注意以下几个方面:
1)一个信号层应该和一个敷铜层相邻,信号层和敷铜层要间隔放置,较好每个信号层都能和至少一个敷铜层紧邻。信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合(即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小)。
2)电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合并处于叠层中部。缩短电源和地层的距离,有利于电源的稳定和减少EMI。尽量避免将信号层夹在电源层与地层之间。电源平面与地平面的紧密相邻好比形成一个平板电容,当两平面靠的越近,则该电容值就越大。该电容的主要作用是为高频噪声(诸如开关噪声等)提供一个低阻抗回流路径,从而使接收器件的电源输入拥有更小的纹波,增强接收器件本身的性能。
3)在高速的情况下,可以加入多余的地层来隔离信号层,多个地敷铜层可以有效地减小PCB的阻抗,减小共模EMI。但建议尽量不要多加电源层来隔离,这样可能造成不必要的噪声干扰。
4)系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间,这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用,并将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域。
5)**考虑高速信号、时钟信号的传输线模型,为这些信号设计一个完整的参考平面,尽量避免跨平面分割区,以控制特性阻抗和保证信号回流路径的完整。
6)两信号层相邻的情况。对于具有高速信号的板卡,理想的叠层是为每一个高速信号层都设计一个完整的参考平面,但在实际中我们总是需要在PCB层数和PCB成本上做一个权衡。在这种情况下不能避免有两个信号层相邻的现象。目前的做法是让两信号层间距加大和使两层的走线尽量垂直,以避免层与层之间的信号串扰。
7)铺铜层较好要成对设置,比如六层板的2、5层或者3、4层要一起铺铜,这是考虑到工艺上平衡结构的要求,因为不平衡的铺铜层可能会导致PCB的翘曲变形。
8)次表面(即紧靠表层的层)设计成地层,有利于减小EMI。
9)根据PCB器件密度和引脚密度估算出所需信号层数,确定总层数。
板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐射起到良好的效果。在现在常见的高速电路系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板。
深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年,公司由多名电路板行业的*级人士创建,是国内专业高效的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来,一直专注样品,中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业,是深圳**认证企业。拥有完善的质量管理体系,先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人,厂房面积9000平米,月出货品种6000种以上,年生产能力为150000平方米.我们的产品包括:高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板.
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PCB高频板布局时需注意的要点
(1)高频电路倾向于具有高集成度和高密度布线。使用多层板既是布线所必需的,也是减少干扰的有效手段。
(2)高速电路装置的引脚之间的引线弯曲越少越好。高频电路布线的引线优选为实线,需要绕线,并且可以以45°折叠线或圆弧折叠。为了满足该要求,可以减少高频信号的外部传输和相互耦合。
(3)高频电路器件的引脚之间的引线越短越好。
(4)高频电路装置的引脚之间的配线层之间的交替越少越好。所谓“尽可能减少层间交叉”是指在组件连接过程中使用的过孔(Via)越少越好,据估计,一个过孔可以带来大约为0.5 pF的分布电容。,减少了过孔数量。可以大大提高速度。
(5)高频电路布线应注意信号线的平行线引入的“交叉干扰”。如果无法避免并行分布,则可以在并行信号线的背面布置大面积的“接地”,以大大减少干扰。同一层中的平行走线几乎是不可避免的,但是在相邻的两层中,走线的方向必须彼此垂直。
(6)包围特别重要的信号线或本地单元的接地措施,即绘制所选对象的外轮廓。使用此功能,可以在所选的重要信号线上自动执行所谓的“数据包”处理。当然,对于高速系统来说,将此功能用于时钟等组件的本地处理也是非常有益的。
(7)各种类型的信号走线不能形成环路,并且接地线也不能形成电流环路。
(8)应在每个集成电路块附近放置一个高频去耦电容器。
(9)将模拟接地线和数字接地线连接到公共接地线时,应使用高频湍流链路。在高频湍流链的实际组装中,经常使用穿过中心孔的高频铁氧体磁珠,并且在电路原理图中通常没有表示,并且所得的网表不包括此类组件,布线将忽略其存在。响应于此现实,它可以用作原理图中的电感器,并且在PCB组件库中单独定义组件封装,并在布线之前将其手动移动到公共接地线的会聚点附近的合适位置。。
(10)模拟电路和数字电路应分开布置。独立布线后,电源和地线应连接在一个点上,以避免相互干扰。
(11)在将DSP芯片外程序存储器和数据存储器连接到电源之前,应添加滤波电容器并将其尽可能靠近芯片电源引脚放置,以滤除电源噪声。另外,建议在DSP和片外程序存储器以及数据存储器周围进行屏蔽,以减少外部干扰。
(12)芯片外程序存储器和数据存储器应尽可能靠近DSP芯片放置。同时,布局应合理,以使数据线和地址线的长度基本相同,尤其是当系统中有多个存储器时,应考虑每个存储器的时钟线。时钟输入距离相等,或者可以添加单独的可编程时钟驱动器芯片。对于DSP系统,应选择访问速度与DSP相同的外部存储器,否则将无法充分利用DSP的高速处理能力。DSP指令周期为纳秒,因此DSP硬件系统中较常见的问题是高频干扰。因此,在制作DSP硬件系统的印刷电路板(PCB)时,应特别注意地址线和数据线。信号线的接线应正确合理。接线时,请尝试使高频线短而粗,并远离易受干扰的信号线,例如模拟信号线。当DSP周围的电路更复杂时,建议将DSP及其时钟电路,复位电路,片外程序存储器和数据存储器组成一个较小的系统,以减少干扰。绝缘材料:陶瓷基
绝缘树脂:环氧树脂(EP)
阻燃特性:VO板
绝缘层厚度:薄型板
层数:多面
基材:铜
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