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    隨著電子技術(shù)快速發(fā)展，以及無(wú)線通信技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，高頻、高速、高密度已逐步成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的顯著發(fā)展趨勢(shì)之一。信號(hào)傳輸高頻化和高速數(shù)字化，迫使PCB高頻板走向微小孔與埋/盲孔化、導(dǎo)線精細(xì)化、介質(zhì)層均勻薄型化，高頻高速高密度多層PCB高頻板設(shè)計(jì)技術(shù)已成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。作者根據(jù)多年在硬件設(shè)計(jì)工作中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)一些高頻電路的設(shè)計(jì)技巧及注意事項(xiàng)，供大家參考。

    1、如何選擇PCB高頻板板材？

    選擇PCB高頻板板材必須在滿足設(shè)計(jì)需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點(diǎn)。設(shè)計(jì)需求包含電氣和機(jī)構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計(jì)非常高速的PCB高頻板子(大于GHz的頻率)時(shí)這材質(zhì)問(wèn)題會(huì)比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì)，在幾個(gè)GHz的頻率時(shí)的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會(huì)對(duì)信號(hào)衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectricconstant)和介質(zhì)損在所設(shè)計(jì)的頻率是否合用。

    2、在高速設(shè)計(jì)中，如何解決信號(hào)的完整性問(wèn)題？

    信號(hào)完整性基本上是阻抗匹配的問(wèn)題。而影響阻抗匹配的因素有信號(hào)源的架構(gòu)和輸出阻抗(outputimpedance)，走線的特性阻抗，負(fù)載端的特性，走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

    3、如何避免高頻干擾？

    避免高頻（PCB高頻板）干擾的基本思路是盡量降低高頻（PCB高頻板）信號(hào)電磁場(chǎng)的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)。可用拉大高速信號(hào)和模擬信號(hào)之間的距離，或加groundguard/shunttraces在模擬信號(hào)旁邊。還要注意數(shù)字地對(duì)模擬地的噪聲干擾。

    4、接收端差分線對(duì)之間可否加一匹配電阻？

    接收端差分線對(duì)間的匹配電阻通常會(huì)加，其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號(hào)質(zhì)量會(huì)好些。

    5、對(duì)于只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號(hào)線，如何實(shí)現(xiàn)差分布線？

    要用差分布線一定是信號(hào)源和接收端也都是差分信號(hào)才有意義。所以對(duì)只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號(hào)是無(wú)法使用差分布線的。

    6、差分布線方式是如何實(shí)現(xiàn)的？

    差分對(duì)的布線有兩點(diǎn)要注意，一是兩條線的長(zhǎng)度要盡量一樣長(zhǎng)，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者side-by-side(并排，并肩)實(shí)現(xiàn)的方式較多。

    7、為何差分對(duì)的布線要靠近且平行？

    對(duì)差分對(duì)的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫小Ｋ^適當(dāng)?shù)目拷且驗(yàn)檫@間距會(huì)影響到差分阻抗(differentialimpedance)的值，此值是設(shè)計(jì)差分對(duì)的重要參數(shù)。需要平行也是因?yàn)橐３植罘肿杩沟囊恢滦浴Ｈ魞删€忽遠(yuǎn)忽近，差分阻抗就會(huì)不一致，就會(huì)影響信號(hào)完整性

(signalintegrity)及時(shí)間延遲(timingdelay)。

    8、如何解決高速信號(hào)的手工布線和自動(dòng)布線之間的矛盾？

    現(xiàn)在較強(qiáng)的布線軟件的自動(dòng)布線器大部分都有設(shè)定約束條件來(lái)控制繞線方式及過(guò)孔數(shù)目。各家EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設(shè)定項(xiàng)目有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。例如，是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式，能否控制差分對(duì)的走線間距等。這會(huì)影響到自動(dòng)布線出來(lái)的走線方式是否能符合設(shè)計(jì)者的想法。另外，手動(dòng)調(diào)整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對(duì)的關(guān)系。例如，走線的推擠能力，過(guò)孔的推擠能力，甚至走線對(duì)敷銅的推擠能力等等。所以，選擇一個(gè)繞線引擎能力強(qiáng)的布線器，才是解決之道。

    9、如何處理實(shí)際布線中的一些理論沖突的問(wèn)題？

    基本上，將模/數(shù)地分割隔離是對(duì)的。要注意的是信號(hào)走線盡量不要跨過(guò)有分割的地方(moat)，還有不要讓電源和信號(hào)的回流電流路徑(returningcurrentpath)變太大。

    晶振是模擬的正反饋振蕩電路，要有穩(wěn)定的振蕩信號(hào)，必須滿足loopgain與phase的規(guī)范，而這模擬信號(hào)的振蕩規(guī)范很容易受到干擾，即使加groundguardtraces可能也無(wú)法完全隔離干擾。而且離的太遠(yuǎn)，地平面上的噪聲也會(huì)影響正反饋振蕩電路。所以，一定要將晶振和芯片的距離進(jìn)可能靠近。

    確實(shí)高速布線與EMI的要求有很多沖突。但基本原則是因EMI所加的電阻電容或ferritebead，不能造成信號(hào)的一些電氣特性不符合規(guī)范。所以，最好先用安排走線和PCB高頻板迭層的技巧來(lái)解決或減少EMI的問(wèn)題，如高速信號(hào)走內(nèi)層。最后才用電阻電容或ferritebead的方式，以降低對(duì)信號(hào)的傷害。

    10、是否可以把電源平面上面的信號(hào)線使用微帶線模型計(jì)算特性阻抗？電源和地平面之間的信號(hào)是否可以使用帶狀線模型計(jì)算？

    是的，在計(jì)算特性阻抗時(shí)電源平面跟地平面都必須視為參考平面。例如四層板:頂層-電源層-地層-底層，這時(shí)頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。