PCB基础概念

目前所生产的电子电路基本上都使用印制电路板（PCB）作为其相互连接的介质和机械基板。高速电路也不例外，而且高速电路一般用多层电路板来实现。作为高速电路的载体，它的结构、电气性能、机械性能、可加工性，以及加工精度对于最终产品的性能起着很大的作用。

如图1所示，一块PCB由基板、导电层、走线，元器件、焊盘，以及过孔等要素组成。下面简单介绍一下各个要素。

图1 PCB的构成要素

1．材料

大多数PCB的导电层和走线都使用了铜薄膜，借助于热压工艺被牢固地黏结在基板上。铜的厚度由每平方英寸的质量来决定，以盎司（OZ）为单位，常用的厚度有1／4oz、1／2Oz、1oz、2oz、3oz和4oz、1oz对应的厚度大约为35μm。铜的厚度影响走线的加工精度，铜薄膜越厚，加工精度越低。同时，要保证铜薄膜的厚度大于信号在其中的趋肤深度，不然会加大导体损耗。

基板的材料也影响电路的性能，常用的多层电路板的基材有FR4、FR408、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯等，它们在介电常数、介质损耗角、电介质强度、温度系数、耐湿性，以及机械强度等方面表现出不同的特性，应该根据具体的应用场合适当选取。

图2 过孔的结构

一般而言，对PCB上过孔的处理遵循以下原则：

尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是中间各层与过孔不相连的线与过孔之间的间隙。

需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层和地层与其他层连接所用的过孔就要大一些。

板厚和孔径尺寸比最好应不大于3，大的比值会使生产加工困难，成本增加。

当过孔用于元件孔时，过孔的最小孔径要适应元件的引脚尺寸。当过孔只用于做贯连接或内层连接时，孔径公差，特别是最小孔径公差一般是不重要的，所以不用规定。

高速PCB过孔的合理设计对信号完整性至关重要。

4．焊盘

元件要通过焊盘附着到PCB的表面，焊盘分通孔焊盘和表贴焊盘。通孔焊盘用于焊接直插式元件，表贴焊盘用于焊接表面安装器件。随着电子系统变得越来越复杂，元件的布局越来越紧密，表面安装器件的使用也越来越广泛。

5．走线

走线实现PCB上不同元器件的电气连接，走线是高速电路板上产生电磁兼容性和信号完整性问题的一个重要来源。合理布线包括控制布线的长度、宽度、间距、方向，以及加工精度。第5章将详细讨论高速PCB的布线。

6．电缆和连接器

现实的电磁环境非常复杂，噪声频谱覆盖从几千Hz到几十GHz甚至几百GHz的范围，电子设备就工作在这样的电磁环境之下。电缆会将传导的电能转换成磁场，磁场会逃逸到周围环境中形成电磁噪声；同样，电缆也会接收到各种电磁噪声，转换成噪声信号，从而影响电缆所传输的信号。PCB要通过电缆将板上信号连接到其他系统，通常可以考虑使用屏蔽电缆来提高信号的抗干扰性并减少其对外界产生的RF辐射。

电缆连接器选择的正确与否、连接的正确与否直接影响到系统互连的抗电磁干扰，以及控制RF辐射的效果。常用的连接器包括扁平电缆连接器、多排线连接器、同轴电缆连接器和D-sub连接器等。当需要传输高速信号时，一定要考虑连接器带来的阻抗匹配和RF辐射等问题。