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高速PCB设计时板材选择规则有哪些


2022年05月17日 10:35:58来源:网络作者:admin我要评论(0

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。以前我们画板的时候,PCB材料是FR4。

现在有许多高速数字应用,速度为10 Gbit/s或更高。这些应用使用5 GHz的基频和15 GHz,25 GHz等的谐波。在此频率范围内,大多数常见的PCB材料在介质损耗(Df)方面会有非常显的差异,并导致严重的信号完整性的问题。这是高速数字PCB使用专为高频应用而设计的特殊板材的原因之一。这些材料的配方具有低损耗因素,在很宽的频率范围内具有最小的变化。这些板材过去常用于高频RF应用,甚至现在用于77 GHz及更高的应用。除了介质损耗因素的改进外,这些板材还配有严格的厚度控制和Dk控制,更有利于保障信号完整性。

我们以PCI为例:

PCI Express 2.0规范的主要在数据传输速度上做出了重大升级,即从以前的2.5GT/s总线频率翻倍至5GT/s,这也就是说以前PCI Express 2.0 x16接口能够翻番达到惊人的8GB/s总线带宽(1GB/s=8Gbps)。

目前最新的版本为PCI-E 3.0,是生产中可用于主流个人电脑的扩展卡的最新标准。也有还未退市的PCI-E(即1.0版)。而在2009年的第二季度发布的AMD RD890芯片组将率先支持PCI-E 3.0版本。2.0比1.0带宽提高一倍,而3.0比2.0版带宽又提升一倍,为5GHz x 4。

PCIe 5.0 的数据速率更加达到恐怖的 32GT/s,从而加重频率相关的插入损耗。

那么我们在设计PCB时,需要选择不同材料达到设计的需要求。

目前市场上常见的几种高速板材:

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

对于高速PCB而言,在设计时需要考量材料的选择及设计等是否满足信号完整性要求,这就要求尽量减小信号的传输损耗。

选择合适的PCB板材主要考虑以下因素:

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。

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。


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