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高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)板材選擇規(guī)則有哪些


2022年05月17日 10:35:58來源:網(wǎng)絡(luò)作者:admin我要評論(0

隨著微處理器和信號轉(zhuǎn)換傳輸器件運(yùn)行速度提升,數(shù)字電路的運(yùn)行速度也達(dá)到一個(gè)更高層次:100Gbps。使用通用的PCB板材將不能達(dá)到高速信號要求,電路板的選材將會決定產(chǎn)品的性能。以前我們畫板的時(shí)候,PCB材料是FR4。

現(xiàn)在有許多高速數(shù)字應(yīng)用,速度為10 Gbit/s或更高。這些應(yīng)用使用5 GHz的基頻和15 GHz,25 GHz等的諧波。在此頻率范圍內(nèi),大多數(shù)常見的PCB材料在介質(zhì)損耗(Df)方面會有非常顯的差異,并導(dǎo)致嚴(yán)重的信號完整性的問題。這是高速數(shù)字PCB使用專為高頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)的特殊板材的原因之一。這些材料的配方具有低損耗因素,在很寬的頻率范圍內(nèi)具有最小的變化。這些板材過去常用于高頻RF應(yīng)用,甚至現(xiàn)在用于77 GHz及更高的應(yīng)用。除了介質(zhì)損耗因素的改進(jìn)外,這些板材還配有嚴(yán)格的厚度控制和Dk控制,更有利于保障信號完整性。

我們以PCI為例:

PCI Express 2.0規(guī)范的主要在數(shù)據(jù)傳輸速度上做出了重大升級,即從以前的2.5GT/s總線頻率翻倍至5GT/s,這也就是說以前PCI Express 2.0 x16接口能夠翻番達(dá)到驚人的8GB/s總線帶寬(1GB/s=8Gbps)。

目前最新的版本為PCI-E 3.0,是生產(chǎn)中可用于主流個(gè)人電腦的擴(kuò)展卡的最新標(biāo)準(zhǔn)。也有還未退市的PCI-E(即1.0版)。而在2009年的第二季度發(fā)布的AMD RD890芯片組將率先支持PCI-E 3.0版本。2.0比1.0帶寬提高一倍,而3.0比2.0版帶寬又提升一倍,為5GHz x 4。

PCIe 5.0 的數(shù)據(jù)速率更加達(dá)到恐怖的 32GT/s,從而加重頻率相關(guān)的插入損耗。

那么我們在設(shè)計(jì)PCB時(shí),需要選擇不同材料達(dá)到設(shè)計(jì)的需要求。

目前市場上常見的幾種高速板材:

常用的高速板材有:

1)、羅杰斯Rogers:RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等

2)、臺耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等

3)、松下Panasonic:Megtron4、Megtron6等

4)、Isola:FR408HR、IS620、IS680等

5)、Nelco:N4000-13、N4000-13EPSI等

6)、東莞生益、泰州旺靈、泰興微波等

對于高速PCB而言,在設(shè)計(jì)時(shí)需要考量材料的選擇及設(shè)計(jì)等是否滿足信號完整性要求,這就要求盡量減小信號的傳輸損耗。

選擇合適的PCB板材主要考慮以下因素:

1、可制造性

比如多次壓合性能如何、溫度性能等、耐CAF/耐熱性及機(jī)械韌(粘)性(可靠性好)、防火等級。

2、與產(chǎn)品匹配的各種性能(電氣、性能穩(wěn)定性等)

低損耗,穩(wěn)定的Dk/Df參數(shù),低色散,隨頻率及環(huán)境變化系數(shù)小,材料厚度及膠含量公差小(阻抗控制好),如果走線較長,考慮低粗糙度銅箔。另外一點(diǎn),高速電路的設(shè)計(jì)前期都需要仿真,仿真結(jié)果是設(shè)計(jì)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

3、材料的可及時(shí)獲得性

很多高頻板材采購周期非常長,甚至2-3個(gè)月;除常規(guī)高頻板材RO4350有庫存,很多高頻板都需要客戶提供。因此,高頻板材需要和廠家提前溝通好,盡早備料。

4、成本因素Cost

看產(chǎn)品的價(jià)格敏感程度,是消費(fèi)類產(chǎn)品,還是通訊、醫(yī)療、工業(yè)、軍工類的應(yīng)用。

5、法律法規(guī)的適用性等

要與不同國家環(huán)保法規(guī)相融合,滿足RoHS及無鹵素等要求。


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