当你开始画PCB的时候，你会想些什么？

本文摘要：（由ai生成）

本文讨论了射频板级工程师在设计PCB时需关注的关键因素。叠层设计要确保射频电路下有参考平面，射频器件常置于顶层和底层。多层PCB板由芯板、半固化片和铜箔组成，高频应用需优先选用芯板。TOP和BOTTOM层的参考平面对于信号传输至关重要，要求连续无缝隙。文章强调了射频PCB设计中参考平面的重要性及高频下材料选择的考量，并指出避免参考平面不连续和合理控制材料特性在高频多层板设计中的必要性。

板级工程师，特别是射频板级工程师，经常避免不了，要自己画PCB。

那PCB的时候，我们都要考虑些啥呢？

(1) PCB的叠层

话说，很久很久以前，对于射频工程师而言，几乎不用考虑叠层设计。

为啥？因为当时用的都是双层板，顶层布线，底层为地，然后再找个盒子装上。这样，只要选好板材就可以了，性能肯定是能得到保证的，但是扛不住，又费空间又费钱，所以慢慢地，多层板开始流行起来了。

那涉及到多层板，那就要好好分配了。

就好像房子一样，以前都是平房，所以大家都住一层；但是平房太占土地，所以楼房就流行了。那既然是楼房，大家就开始讨论，该住哪一层了。

如果只有射频电路的话，一般4~6层的就够了；但是如果是射频电路和数字硬件在一起的话，那层数主要就取决于数字硬件所需的叠层了。

对于射频电路来讲，最重要的就是射频电路下面的参考平面，而射频器件一般放在TOP层和BOTTOM层，所以紧邻着TOP层和BOTTOM层的地方，最好放一个参考平面。如下图所示。

也许有人会讲，怎么一个叫Ground，一个叫Power呢？

个人理解，所谓电源层，在DC的时候，是电源层，但是AC的时候，就可以当做信号的参考平面。就像你看微带线的时候，其实并不关注底层的金属的直流电位是多少。

不过，我在进行射频布板的时候，射频信号下面一般都是地平面，即直流电位为0，虽说直流电位不是0也没关系，还是倾向于能避开就避开。而且，因为射频器件，电流一般都不大，只要线宽足够，电源很多都是拉线过去，所以完全可以避让开来。

(2) 多层PCB板的构成

多层PCB主要由芯板(core)，半固化片(prepreg)，铜箔组成。

芯板，中间是介质，两面是铜箔，就如双层板。

半固化片，不包括铜箔，主要有两个作用，一个是叠层时的胶水，用来粘上下板子用的，二，固化后也能当介质层用。

如下图所示，虽然都是6层板，有6层铜，但是左边是上下两层是PP，右边上下两层是core。这样的话，左边图只需用两个core，而右边则需要3个。

我们可以看看在JLC官网上给的6层的叠层结构，你会发现基本都是采用类似左边的结构，上下采用的是半固化片，这样可以少使用一个芯板。我到也没有去核查过core和PP的价格，据说，这样的成本会低点。

那同样6层，我们应该选择哪种结构呢？

我觉得，如果频率比较高，比如C波段以上了，那就最好选芯板，介电常数和厚度都有保证；PP的话，有时候为了达到需要的厚度，可能会用好几张PP叠在一起，这样就增加了厚度和介电常数的不确定性。

(3) 为啥TOP层和BOTTOM层需要参考平面呢？

主要就是因为回流。

当信号通过微带线传输的时候，不能只看到TOP层的走线，还需要看到相应参考平面的回流，有去有回，才能形成一个完整的信号传输。也就是说，信号在微带线上传输，需要一个参考平面来走回流。

至于，为啥会在相邻层形成回流呢？

我们可以试着从电路和场，分别来理解一下。

先来看一下从路的角度。

在假设我说，电报方程的解，是很多射频公式的起源，你信么(1)，有讲过，当信号的波长与传输线尺寸可以相比拟的时候，可以取传输线中无限小的一段，用电报方程来进行模拟，如下图所示。

所以，当射频信号沿传输线进行传输的时候，传输线的两导体之间是有电压差的，从而产生电流，一部分经过并联器件，到参考平面；一部分继续往后边走。

也就是说，大量电流会在微带线下方的参考平面上流动。

再从场的角度来看一下。

信号在微带线上进行传输的时候，假设金属是理想PEC，其场分布以及PEC处的边界条件如下图所示。

可以看到磁场的切向和电场的法向都不为0，所以在微带线下方的参考平面处，会存在电流和电荷。

(4) 那对微带线下面的参考平面又有啥要求呢？

主要就是，微带线下面的参考平面中，不要有缝隙，也不要有离太近的过孔。

参考文献:

[1]  Grounds for ground

[2] 微波工程