การออกแบบ PCB หรือ Electronic PCB Board โดยทั่วไปจะเป็นการออกแบบใน 2 ลักษณะ กล่าวคือ แบบที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่อาจจะมีข้อคำนึงถึงและความต้องการต่อระบบที่ไม่ได้มีความซับซ้อนมากนัก แต่ในทางตรงกันข้ามกับการออกแบบ PCB สำหรับ High-Frequency PCBs ที่มีความถี่ตั้งแต่ 100 MHz ขึ้นไป ต้องการความละเอียดและความแม่นยำของสัญญาณสูง รวมทั้งสามารถทำให้การใช้งาน (RF Application) มีเสถียรภาพมากขึ้น จึงต้องมีข้อกำหนดหรือเงื่อนไข (Requirement) ที่สำคัญและจำเป็นอย่างยิ่งที่มิอาจหลีกเลี่ยงได้ โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ PCB บอร์ดเป็นองค์ประกอบให้กับระบบหรืออุปกรณ์ที่จะใช้งานให้มีความสมบูรณ์สูงสุด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจและพิจารณาในหัวข้อต่างๆที่มีผลกระทบต่อการออกแบบโดยมีตัวแปรต่างๆ ดังต่อไปนี้ คือ Signal to Noise Ratios, Noise Mitigation, Impedance Matching, Cross Talk, Thermal Management เป็นต้น

ตัวแปรที่สำคัญที่ต้องมีการคำนึงถึงและพิจารณาในการออกแบบ High-Frequency PCBs

ตัวแปรที่จะกล่าวถึงดังต่อไปนี้มีความสำคัญต่อการออกแบบ High-Frequency PCBs โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ

1. ตัวแปรที่มีผลเกี่ยวข้องโดยตรงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า  

2. ตัวแปรอื่นๆ

ตัวแปรที่มีผลเกี่ยวข้องโดยตรงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า  

• การควบคุมการ Matching Impedance หรือ RF Transmission Line

ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญมากในการสื่อสารและมีหน้าที่สำหรับการเคลื่อนที่ของ RF Signal ไปยัง IC PINs ต่างๆ และมีผลกระทบหลักต่ออุปกรณ์ ถ้าเกิดการ Mismatch ของสัญญาณขึ้น จะทำให้เกิดการ Loss ของสัญญาณและการสะท้อนกลับของสัญญาณ โดยทั่วไปแล้ว หลักการ Matching Impedance คือการทำให้ความต้านทานของ Load กับ ความต้านทานตัวแหล่งกำเนิดเท่ากัน เพื่อให้เกิดการไหลของสัญญาณได้ดีและลด Noise ให้น้อยลงที่สุด ซึ่งนอกจากนี้ยังต้องมีการรักษาระดับ Signal Integrity โดยวิธีต่างๆ ไม่ว่าการวาง Strip Line หรือ การใช้ Via Stubs เป็นต้น อย่างไรก็ตามในการควบคุม Impedance Matching นั้น จะต้องมีการนำเอาอุปกรณ์มาทำการวัดทดลองและใช้โปรแกรมช่วยในการออกแบบอีกด้วย

• การเลือกใช้วัสดุ PCB

กล่าวคือค่าพารามิเตอร์ของ Dielectric Constant หรือค่าที่แสดงถึงความสามารถของวัสดุในการเก็บพลังงานไฟฟ้า ถ้าในลักษณะของ High-Frequency PCBs สำหรับการใช้งานของ RF ต้องการความเร็วของสัญญาณที่สูงนั้น จะต้องเลือกวัสดุที่มีค่า Dielectric Constant ที่ต่ำ อีกทั้งต้องพิจารณาถึงคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุ เพราะจะส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนได้ดียิ่งขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ทองแดง เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ววัสดุที่มาทำมาเป็น PCB บอร์ดนั้นจะทำมาจาก Polytetrafluoroethylene (PTFE) ผสมกับวัสดุอื่นๆ ใช้สำหรับ RF Circuit boards

• ค่า Electromagnetic Interference (EMI) และ Electromagnetic Compatibility (EMC)

เป็นสิ่งที่บอกถึงการรบกวนกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สัญญาณที่ต้องการนั้นลดลง ดังนั้นจึงต้องมีการควบคุม โดยการทำ Grounding และ Shielding เพื่อป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าในทิศตรงข้ามกับสัญญาณและต้องทำให้แต่ละชิ้นส่วน (Components) ที่มาประกอบกันบน PCB บอร์ดมีความเข้ากันได้ ไม่รบกวนซึ่งกันและกัน

ตัวแปรอื่นๆ

• การออกแบบวางแนวโค้ง (Bending Trace)

เป็นการลดการเกิดสัญญาณที่ไม่ต้องการ โดยการใช้มุม 45 องศาเมื่อต้องการวาง routing มุมโค้งในการออกแบบ

• การวาง Rout Trances

ต้องมีการระบุความห่างของสายสัญญาณ (Signal Line) รวมถึงการวางและลดความยาวของสายสัญญาณ (Signal Line) ที่ขนานกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด Cross Talk

• การแยกสัดส่วน กราวนด์ของสัญญาณดิจิตอล กับ กราวนด์ของสัญญาณอนาล็อก

เพราะเนื่องจาก ความต่างศักย์ไฟฟ้าจากสัญญาณดิจิตอลความถี่สูงจะส่งผลกระทบต่อสัญญาณอนาล็อก

• การวาง Layout ของแต่ละชิ้นส่วนและการ Stack เป็นชั้น Layers

โดยทั่วไปต้องมีการออกแบบและกำหนดให้แต่ละชั้นมีหน้าที่อะไร ชิ้นส่วนใดมีหน้าที่ในลักษณะ Active หรือ Passive ยกตัวอย่าง เช่น ชั้นบนสุดเป็นที่การวาง Components หลักๆ และการวาง Routing สามารถเชื่อมลงชั้นต่อไปได้ ชั้นต่อมาคือ Ground Plane และชั้นต่อไป คือ ชั้น Supply Plane เป็นต้น ทั้งนี้ทั้งนั้น มีจุดประสงค์เพื่อลดการกวนกันของสัญญาณ หรือ Cross Talk และ Loss อื่นๆ

‍

อย่างไรก็ตามหลังการออกแบบต้องมีการทดสอบ ไม่ว่าการตรวจสอบ Impedance matching, reflection coefficient, หรือค่าพารามิเตอร์อื่นๆ ซึ่งสามารถวัดได้จากอุปกรณ์ต่างๆ เช่น Vector Analyzer (VNA), Signal Analyzer, Spectrum Analyzer เป็นต้น เพื่อตรวจสอบผลลัพธ์ได้ตามที่ต้องการหรือไม่

อุปกรณ์หรือระบบที่มีการใช้งาน  High-Frequency PCBs

การใช้งานทางทหาร (Military Use) เช่น ระบบเรดาห์ทางทหาร  ระบบ Optronic (Infrared Photodetector) ฯลฯ

การใช้งานด้านสายการบิน (Aerospace Industry)

การใช้งานด้าน Automotive Industry

การใช้งานด้านอุตสาหกรรม (Industrial) และการสื่อสาร (Communication)

‍