随着電子技術的進步, PCB (印制電路闆)的複雜程度、适用範圍有了飛速的發展。從事高頻PCB的設計者必須具有相應的基礎理論知識,同時還應具有豐富的高頻PCB的制作經驗。也就是說,無論是原理圖的繪制,還是PCB 的設計,都應當從其所在的高頻工作環境去考慮,才能夠設計出較為理想的PCB。本文主要從高頻PCB 的手動布局、布線兩個方面,基于ProtelSE對在高頻PCB 設計中的一些問題進行研究。

1、布局的設計

Protel 雖然具有自動布局的功能,但并不能完全滿足高頻電路的工作需要,往往要憑借設計者的經驗,根據具體情況,先采用手工布局的方法優化調整部分元器件的位置,再結合自動布局完成PCB的整體設計。布局的合理與否直接影響到産品的壽命、穩定性、EMC (電磁兼容)等,必須從電路闆的整體布局、布線的可通性和PCB的可制造性、機械結構、散熱、EMI(電磁幹擾) 、可靠性、信号的完整性等方面綜合考慮。

一般先放置與機械尺寸有關的固定位置的元器件,再放置特殊的和較大的元器件,最後放置小元器件。同時,要兼顧布線方面的要求,高頻元器件的放置要盡量緊湊,信号線的布線才能盡可能短,從而降低信号線的交叉幹擾等。

但新的布局明顯造成了走線上的一些麻煩，原本走的很順暢的線變得有些雜亂，走線長度增加，還不得不使用了很多過孔，走線難度提高了很多。

從這個例子可以明顯看到，布局的差異對于PCB設計的影響。

2.3 電源線與地線的布線要求

根據不同工作電流的大小,盡量加大電源線的寬度。高頻PCB應盡量采用大面積地線并布局在PCB的邊緣,可以減少外界信号對電路的幹擾;同時,可以使PCB的接地線與殼體很好地接觸,使PCB的接地電壓更加接近于大地電壓。應根據具體情況選擇接地方式,與低頻電路有所不同,高頻電路的接地線應該采用就近接地或多點接地的方式,接地線短而粗,以盡量減少地阻抗,其允許電流要求能夠達到3倍于工作電流的标準。揚聲器的接地線應接在PCB 功放輸出級的接地點,切勿任意接地。

在布線過程中還應該及時地将一些合理的布線鎖定,以免多次重複布線。即執行EditselectNet命令在預布線的屬性中選中Locked就可以将其鎖定不再移動。

3、焊盤及敷銅的設計

3.1 焊盤與孔徑

在保證布線最小間距不違反設計的電氣間距的情況下,焊盤的設計應較大,以保證足夠的環寬。一般焊盤的内孔要比元器件的引線直徑稍微大一點,設計過大,容易在焊接中形成虛焊。焊盤外徑D 一般不小于(d 1.2)mm,其中d為焊盤内孔徑,對于一些密度比較大的PCB ,焊盤的最小值可以取(d 1.0) mm。焊盤的形狀通常設置為圓形,但是對于DIP封裝的集成電路的焊盤最好采用跑道形,這樣可以在有限的空間内增大焊盤的面積,有利于集成電路的焊接。布線與焊盤的連接應平滑過渡,即當布線進入圓焊盤的寬度較圓焊盤的直徑小時,應采用補淚滴設計。

需要注意的是,焊盤内孔徑d的大小是不同的,應當根據實際元器件引線直徑的大小加以考慮,如元件孔、安裝孔和槽孔等。而焊盤的孔距也要根據實際元器件的安裝方式進行考慮,如電阻、二極管、管狀電容器等元件有“立式”、“卧式”兩種安裝方式,這兩種方式的孔距是不同的。此外,焊盤孔距的設計還要考慮元器件之間的最小間隙要求,特别是特殊元器件之間的間隙需要由焊盤間的孔距來保證。

在高頻PCB中,還要盡量減少過孔的數量,這樣既可減少分布電容,又能增加PCB的機械強度。總之,在高頻PCB的設計中,焊盤及其形狀、孔徑與孔距的設計既要考慮其特殊性,又要滿足生産工藝的要求。采用規範化的設計,既可降低産品成本,又可在保證産品質量的同時提高生産的效率。

3.2 敷銅

敷銅的主要目的是提高電路的抗幹擾能力,同時對于PCB散熱和PCB的強度有很大好處,敷銅接地又能起到屏蔽的作用。但是不能使用大面積條狀銅箔,因為在PCB的使用中時間太長時會産生較大熱量,此時條狀銅箔容易發生膨脹和脫落現象,因此,在敷銅時最好采用栅格狀銅箔,并将此栅格與電路的接地網絡連通,這樣栅格将會有較好的屏蔽效果,栅格網的尺寸由所要重點屏蔽的幹擾頻率而定。

在完成布線、焊盤和過孔的設計後,應執行DRC(設計規則檢查) 。在檢查結果中詳細列出了所設計的圖與所定義的規則之間的差異,可查出不符合要求的網絡。但是,首先應在布線前對DRC進行參數設定才可運行DRC,即執行ToolsDesign Rule Check命令。

4、結束語

高頻電路PCB的設計是一個複雜的過程,涉及的因素很多,都可能直接關系到高頻電路的工作性能。因此,設計者需要在實際的工作中不斷研究和探索,不斷積累經驗,并結合新的EDA (電子設計自動化)技術才能設計出性能優良的高頻電路PCB。

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