如何选择高速数字电路的PCB板材

leslie_aqiang

[paragraph]随着微处理器和信号转换传输器件运行速度提升，数字电路的运行速度也达到一个更高层次：100Gbps。使用通用的PCB板材将不能达到高速信号要求，电路板的选材将会决定产品的性能。
选择PCB板材必须在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言，设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子（大 于GHz的频率）时这板材问题会比较重要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损Df（Dielectricloss）会很大，可 能就不适用。

                               
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举例来说，10Gb/S高速数字信号是方波，它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号：5Ghz的基波信号、3阶 15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波（数字信号的高频谐波部分达到了微波频段）的低 损耗低失真传输一样。因此，在诸多方面，高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。

                               
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在实际的工程操作中，高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的，通过本文的介绍，作为PCB设计工程师或者高速项目负责人，对板材的特性及选择 有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠，设计出一块可靠性高、加工性好的产品，各种因素的考量达到最佳化。
下面将分别介绍，选择合适的板材主要考虑因素：
1、可制造性：
比如多次压合性能如何、温度性能等、耐CAF/耐热性及机械韧（粘）性（可靠性好）、防火等级；
2、与产品匹配的各种性能（电气、性能稳定性等）：
低损耗，稳定的Dk/Df参数，低色散，随频率及环境变化系数小，材料厚度及胶含量公差小（阻抗控制好），如果走线较长，考虑低粗糙度铜箔。另外一点，高速电路的设计前期都需要仿真，仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦（高速/射频）联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题，做过大量的仿真和实际测试闭环验证，通过独有方法能做到仿真和实测一致。

                               
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3、材料的可及时获得性：
很多高频板材采购周期非常长，甚至2-3个月；除常规高频板材RO4350有库存，很多高频板都需要客户提供。因此，高频板材需要和厂家提前沟通好，尽早备料；
4、成本因素Cost：
看产品的价格敏感程度，是消费类产品，还是通讯、医疗、工业、军工类的应用；
5、法律法规的适用性等：
要与不同国家环保法规相融合，满足RoHS及无卤素等要求。
以 上各个因素中，高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素，电路的速率越高，所选PCBDf值就应该越小。具有中，低损耗的电路板材将适合 10Gb/S的数字电路；具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路；具有超低损耗板材将适应更快的高速数字电路，其速率可以为50Gb/s或者更 高。
从材料Df看：
Df介于0.01～0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路；
Df介于0.005～0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路；
Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。
常用的高速板材有：
1）、罗杰斯Rogers：RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等
2）、台耀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）、东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等
当然还有很多其他高频板材，比如Arlon（去年被罗杰斯收购）、Taconic，都是老品牌射频微波板厂，性能有保障。

                               
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以上综述了如何选择高速板材以及设计注意事项，实际中应用还得根据具体案例具体分析，如需要更准确的仿真评估或测试验证，可以与我们取得联系。
来源；微波射频网

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