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

目前有跡象表明，印刷電路板設計的頻率越來(lái)越高。隨著(zhù)數據速率的不斷增長(cháng)，數據傳送所要求的帶寬也促使信號頻率上限達到1GHz，甚至更高。這種高頻信號技術(shù)雖然遠遠超出毫米波技術(shù)范圍(30GHz)，但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。

RF工程設計方法必須能夠處理在較高頻段處通常會(huì )產(chǎn)生的較強電磁場(chǎng)效應。這些電磁場(chǎng)能在相鄰信號線(xiàn)或PCB線(xiàn)上感生信號，導致令人討厭的串擾(干擾及總噪聲)，并且會(huì )損害系統性能?；負p主要是由阻抗失配造成，對信號產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn)生的影響一樣。

高回損有兩種負面效應：

1.信號反射回信號源會(huì )增加系統噪聲，使接收機更加難以將噪聲和信號區分開(kāi)來(lái)；
2.任何反射信號基本上都會(huì )使信號質(zhì)量降低，因為輸入信號的形狀出現了變化。

盡管由于數字系統只處理1和0信號并具有非常好的容錯性，但是高速脈沖上升時(shí)產(chǎn)生的諧波會(huì )導致頻率越高信號越弱。盡管前向糾錯技術(shù)可以消除一些負面效應，但是系統的部分帶寬用于傳輸冗余數據，從而導致系統性能的降低。一個(gè)較好的解決方案是讓RF效應有助于而非有損于信號的完整性。建議數字系統最高頻率處(通常是較差數據點(diǎn))的回損總值為-25dB，相當于VSWR為1.1。

PCB設計的目標是更小、更快和成本更低。對于RFPCB而言，高速信號有時(shí)會(huì )限制PCB設計的小型化。目前，解決串擾問(wèn)題的主要方法是進(jìn)行接地層管理，在布線(xiàn)之間進(jìn)行間隔和降低引線(xiàn)電感(studcapacitance)。降低回損的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對絕緣材料的有效管理以及對有源信號線(xiàn)和地線(xiàn)進(jìn)行隔離，尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號線(xiàn)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，在RF設計中，互連點(diǎn)處的電磁性質(zhì)是工程設計面臨的主要問(wèn)題，要考察每個(gè)互連點(diǎn)并解決存在的問(wèn)題。電路板系統的互連包括芯片到電路板、PCB板內互連以及PCB與外部裝置之間信號輸入/輸出等三類(lèi)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)能夠達到1GHz。在最近GHz互連研討會(huì )上，最令人激動(dòng)之處在于：處理I/O數量和頻率不斷增長(cháng)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 )導致PCB材料的基本結構成為限制互連密度增長(cháng)的因素。會(huì )議上提出了一個(gè)創(chuàng )新的解決方案，即采用芯片內部的本地無(wú)線(xiàn)發(fā)射器將數據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：就高頻應用而言，IC設計技術(shù)已遠遠領(lǐng)先于PCB設計技術(shù)。

二、PCB板內互連

進(jìn)行高頻PCB設計的技巧和方法如下：

1. 傳輸線(xiàn)拐角要采用45°角，以降低回損(圖1)；


2. 要采用絕緣常數值按層次嚴格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對絕緣材料與鄰近布線(xiàn)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設計規范。要考慮規定線(xiàn)寬總誤差為+/-0.0007英寸、對布線(xiàn)形狀的下切(undercut)和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線(xiàn)側壁電鍍條件。對布線(xiàn)(導線(xiàn))幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理，對解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應問(wèn)題及實(shí)現這些規范相當重要。
4. 突出引線(xiàn)存在抽頭電感，要避免使用有引線(xiàn)的組件。高頻環(huán)境下，最好使用表面安裝組件。
5. 對信號過(guò)孔而言，要避免在敏感板上使用過(guò)孔加工(pth)工藝，因為該工藝會(huì )導致過(guò)孔處產(chǎn)生引線(xiàn)電感。如一個(gè)20層板上的一個(gè)過(guò)孔用于連接1至3層時(shí)，引線(xiàn)電感可影響4到19層。
6. 要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來(lái)防止3維電磁場(chǎng)對電路板的影響。
7. 要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝，不要采用HASL法進(jìn)行電鍍。這種電鍍表面能為高頻電流提供更好的趨膚效應(圖2)。此外，這種高可焊涂層所需引線(xiàn)較少，有助于減少環(huán)境污染。


8. 阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是，由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性，整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì )導致微帶設計中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩(solderdam)來(lái)作阻焊層。

如果你不熟悉這些方法，可向曾從事過(guò)軍用微波電路板設計的經(jīng)驗豐富的設計工程師咨詢(xún)。你還可同他們討論一下你所能承受的價(jià)格范圍。例如，采用背面覆銅共面(copper-backedcoplanar)微帶設計比帶狀線(xiàn)設計更為經(jīng)濟，你可就此同他們進(jìn)行討論以便得到更好的建議。優(yōu)秀的工程師可能不習慣考慮成本問(wèn)題，但是其建議也是相當有幫助的?，F在要盡量對那些不熟悉RF效應、缺乏處理RF效應經(jīng)驗的年輕工程師進(jìn)行培養，這將會(huì )是一項長(cháng)期工作。

此外，還可以采用其他解決方案，如改進(jìn)計算機型，使之具備RF效應處理能力。

三、PCB與外部裝置互連

現在可以認為我們解決了板上以及各個(gè)分立組件互連上的所有信號管理問(wèn)題。那么怎么解決從電路板到連接遠端器件導線(xiàn)的信號輸入/輸出問(wèn)題呢？同軸電纜技術(shù)的創(chuàng )新者TrompeterElectronics公司正致力于解決這個(gè)問(wèn)題，并已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展(圖3)。 另外，看一下圖4中給出的電磁場(chǎng)。這種情況下，我們管理著(zhù)微帶到同軸電纜之間的轉換。在同軸電纜中，地線(xiàn)層是環(huán)形交織的，并且間隔均勻。在微帶中，接地層在有源線(xiàn)之下。這就引入了某些邊緣效應，需在設計時(shí)了解、預測并加以考慮。當然，這種不匹配也會(huì )導致回損，必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號干擾。


電路板內阻抗問(wèn)題的管理并不是一個(gè)可以忽略的設計問(wèn)題。阻抗從電路板表層開(kāi)始，然后通過(guò)一個(gè)焊點(diǎn)到接頭，最后終結于同軸電纜處。由于阻抗隨頻率變化，頻率越高，阻抗管理越難。在寬帶上采用更高頻率來(lái)傳輸信號的問(wèn)題看來(lái)是設計中面臨的主要問(wèn)題。

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