畫(huà)PCB，我們需要考慮哪些問(wèn)題？

板級(jí)工程師，特別是射頻板級(jí)工程師，經(jīng)常避免不了要自己畫(huà)PCB。那么，在開(kāi)始畫(huà)PCB的時(shí)候，我們都要考慮些啥呢？

1、PCB的疊層

話說(shuō)，很久很久以前，對(duì)于射頻工程師而言，幾乎不用考慮疊層設(shè)計(jì)。為什么？因?yàn)楫?dāng)時(shí)用的都是雙層板，頂層布線，底層為地，然后再找個(gè)盒子裝上。這樣，只要選好板材就可以了，性能肯定是能得到保證的，但是扛不住，又費(fèi)空間又費(fèi)錢(qián)，所以慢慢地，多層板開(kāi)始流行起來(lái)了。涉及到多層板，那就要好好分配了。這就好像房子一樣，以前都是平房，所以大家都住一層；但是平房太占土地，所以樓房就流行了。那既然是樓房，大家就開(kāi)始討論，該住哪一層了。如果只有射頻電路的話，一般4~6層的就夠了；但是如果是射頻電路和數(shù)字硬件在一起的話，那層數(shù)主要就取決于數(shù)字硬件所需的疊層了。對(duì)于射頻電路來(lái)講，最重要的就是射頻電路下面的參考平面，而射頻器件一般放在TOP層和BOTTOM層，所以緊鄰著TOP層和BOTTOM層的地方，最好放一個(gè)參考平面。如下圖所示。

也許有人會(huì)講，怎么一個(gè)叫Ground，一個(gè)叫Power呢？個(gè)人理解，所謂電源層，在DC的時(shí)候，是電源層，但是AC的時(shí)候，就可以當(dāng)做信號(hào)的參考平面。就像你看微帶線的時(shí)候，其實(shí)并不關(guān)注底層的金屬的直流電位是多少。不過(guò)，我在進(jìn)行射頻布板的時(shí)候，射頻信號(hào)下面一般都是地平面，即直流電位為0，雖說(shuō)直流電位不是0也沒(méi)關(guān)系，還是傾向于能避開(kāi)就避開(kāi)。而且，因?yàn)樯漕l器件，電流一般都不大，只要線寬足夠，電源很多都是拉線過(guò)去，所以完全可以避讓開(kāi)來(lái)。

2、多層PCB板的構(gòu)成

多層PCB主要由芯板（core），半固化片（prepreg），銅箔組成。芯板，中間是介質(zhì)，兩面是銅箔，就如雙層板。半固化片，不包括銅箔，主要有兩個(gè)作用，一個(gè)是疊層時(shí)的膠水，用來(lái)粘上下板子用的，二，固化后也能當(dāng)介質(zhì)層用。如下圖所示，雖然都是6層板，有6層銅，但是左邊是上下兩層是PP，右邊上下兩層是core。這樣的話，左邊圖只需用兩個(gè)core，而右邊則需要3個(gè)。

我們可以看看在JLC官網(wǎng)上給的6層的疊層結(jié)構(gòu)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)基本都是采用類(lèi)似左邊的結(jié)構(gòu)，上下采用的是半固化片，這樣可以少使用一個(gè)芯板。我到也沒(méi)有去核查過(guò)core和PP的價(jià)格，據(jù)說(shuō)，這樣的成本會(huì)低點(diǎn)。

那么，同樣是6層，我們應(yīng)該選擇哪種結(jié)構(gòu)呢？我覺(jué)得，如果頻率比較高，比如C波段以上了，那就最好選芯板，介電常數(shù)和厚度都有保證；PP的話，有時(shí)候?yàn)榱诉_(dá)到需要的厚度，可能會(huì)用好幾張PP疊在一起，這樣就增加了厚度和介電常數(shù)的不確定性。

3、為什么TOP層和BOTTOM層需要參考平面？

主要是因?yàn)榛亓鳌?當(dāng)信號(hào)通過(guò)微帶線傳輸?shù)臅r(shí)候，不能只看到TOP層的走線，還需要看到相應(yīng)參考平面的回流，有去有回，才能形成一個(gè)完整的信號(hào)傳輸。也就是說(shuō)，信號(hào)在微帶線上傳輸，需要一個(gè)參考平面來(lái)走回流。為什么會(huì)在相鄰層形成回流呢？我們可以試著從電路和場(chǎng)，分別來(lái)理解一下。首先，看一下從路的角度。在

所以，當(dāng)射頻信號(hào)沿傳輸線進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，傳輸線的兩導(dǎo)體之間是有電壓差的，從而產(chǎn)生電流，一部分經(jīng)過(guò)并聯(lián)器件，到參考平面；一部分繼續(xù)往后邊走。也就是說(shuō)，大量電流會(huì)在微帶線下方的參考平面上流動(dòng)。下面，再?gòu)膱?chǎng)的角度來(lái)看一下。信號(hào)在微帶線上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，假設(shè)金屬是理想PEC，其場(chǎng)分布以及PEC處的邊界條件如下圖所示。