高速PCB和系统设计:您的顶级电路板材料考虑
任何做过房屋改造的人可能都非常熟悉在选择使用什么材料时的权衡。几年前，当我更新厨房时，我想用硬木地板替换旧地板，但我没有预算，所以我选择了一个不太贵的选择。问题是，房子里住着三个十几岁的男孩，还有他们的几百个朋友，还有一条狗，廉价的替代地板根本撑不住。现在我的地板开始分开，开始剥落全是因为我做了错误的选择。
在为高速PCB和系统设计选择材料时，我们面临着类似的情况。由于维护要求更严格信号的完整性相比标准设计，高速设计对板材的要求要高得多。在这些设计中，板材料本身成为整体信号完整性方程的一部分，必须对其介电常数保持更严格的公差，以帮助控制阻抗。如果没有这种控制，高速信号可能会相互反射导致串扰和不理想的信号性能。那么问题来了，在选择高速板的材料时我们应该考虑什么呢?
在高速PCB和系统设计中，你应该寻找什么材料?
在你开始决定为你的电路板选择什么样的PCB材料之前，你必须首先对电路板将做什么和它将被用来做什么有一个清晰的定义。例如，您所选择的材料可能会影响信号性能，而这些选择也会影响到最终板的耐用性和成本。列一张你应该考虑的清单会很有帮助，所以这里有一些建议可以帮助你开始:
这将是一个具有可控阻抗的高速设计吗?
是否有主要的热问题与功能板?
这种板材是用于短期消费品，还是用于长期产品，如卫星和宇宙飞船?
这个板子能经受恶劣的环境吗?
最终价格是主要考虑因素吗?
一旦你确定了你的电路板将要做什么，它将被用来做什么，你可以更好地决定选择什么PCB材料。PCB层压板有许多不同类型的材料，它们可以被分为一般的产品家族，包括以下:
环氧树脂:通常被称为FR-4在美国，这些材料用于标准的PCB制造。
增强的环氧树脂:这些材料具有更好的电学性能，非常适用于复杂的多层结构高速设计．
聚酰亚胺这些材料非常坚固，并表现出优异的热和机械性能，使它们非常适合在恶劣环境中的高级应用。
PTFE(聚四氟乙烯):也被称为“特氟龙”，这些材料具有非常低的介电损耗因子，使其非常适合高频射频应用。
在每个家族中都有不同的分类、产品和品牌名称。虽然FR-4被认为是PCB结构中使用的“标准”材料，但实际上有许多不同的FR-4分类可供选择。
高速PCB设计可能需要不同于标准FR-4的材料
为什么FR-4并不总是高速PCB材料的最佳选择
FR-4，或其改型之一，多年来一直用于印刷电路板的制造。它非常具有成本效益，提供良好的电气绝缘，在干燥和适度潮湿的条件下也很坚固。它也是制造商更容易使用的材料之一，这也增加了它的受欢迎程度。但当它被推到超过其操作极限的时候，FR-4可能很快就会出现一些问题:
无法控制阻抗FR-4不允许像高速板材料那样严格控制介电常数。使用这些材料将使介电常数公差保持在2%或更好，而FR-4仅额定为10%。
信号丢失:高速传输线的频率越高，信号丢失的可能性就越大。FR-4通常具有更高的耗散系数，允许比高速材料(如PTFE)更多的信号损失。
机械稳定性虽然FR-4相当坚固，但如果暴露在过高的功率、电压和热量下，它确实有其局限性。如果超过了这些限制，材料的绝缘性能就会发生破坏，转而开始导电。
吸湿性: FR-4的吸湿率可达近50%。这使得聚四氟乙烯材料，可以有低至2%的额定值，在某些环境下是更好的选择。
在PCB材料的世界中有相当大的进步正在定期的基础上。虽然标准FR-4材料可能不是您的一些高速PCB和系统设计的最佳选择，可能有一种新的环氧树脂变体，可能正是您所需要的。当然，关键是在你投入到一个或另一个特定的材料之前，找出尽可能多的信息。
先进的PCB设计工具是创建高速设计的必要条件
如何在高速PCB材料上做出最佳选择
要做出最好的PCB材料的选择，首先要做一些研究。你可以在PCB制造商的网站上找到很多有用的信息，以及白皮书和其他研究文件。最好的做法是尽早与PCB制造商进行合作，让他们帮助您做出正确的决定。把你的PCB的规格，它在做什么，它将被用来做什么，他们将能够展示给你最好的材料的工作。重要的是要和你的制造者一起工作。这就是他们所在的行业，他们真的很擅长自己的工作。
一旦选定了电路板材料，就可以继续定义PCB层堆叠。虽然这可能是诱人的开始在这部分的工作，这是绝对关键的，你不指定堆叠的高速设计，直到你已经决定了什么板材料将被使用。阻抗计算依赖于了解您正在使用的PCB材料的种类，以便准确。
一旦材料已经决定，您可以计划您的PCB堆叠与正确的电源和地面层策略，以及考虑阻抗控制路由的层厚度。
除了与PCB制造商一起工作以确定PCB层堆叠应该如何组成之外，另一种帮助自己的方法是使用PCB设计工具这些都是为了最好地帮助你你的高速设计．我们使用OrCAD PCB设计者，并发现高速规则和约束对我们的高速设计布局非常有帮助。
如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．