PCBを設計するとき、私たちは通常、インターネットで通常見られる経験とスキルに依存しています。 各PCB設計は、特定のアプリケーション向けに最適化できます。 通常、そのデザインルールはターゲットアプリケーションにのみ適用されます。 たとえば、ADCPCBルールはRFPCBには適用されず、その逆も同様です。 ただし、一部のガイドラインは、どのPCB設計でも一般的であると見なすことができます。 ここでは、このチュートリアルで、PCB設計を大幅に改善できるいくつかの基本的な問題とスキルを紹介します。
配電は、あらゆる電気設計の重要な要素です。 すべてのコンポーネントは、機能を実行するために電力に依存しています。 デザインによっては、一部のコンポーネントの電源接続が異なる場合がありますが、同じボード上の一部のコンポーネントの電源接続が不十分な場合があります。 たとえば、すべてのコンポーネントがXNUMXつの配線で給電されている場合、各コンポーネントは異なるインピーダンスを観測するため、複数の接地基準が発生します。 たとえば、XNUMXつのADC回路があり、XNUMXつは最初に、もうXNUMXつは最後にあり、両方のADCが外部電圧を読み取る場合、各アナログ回路はそれ自体に対して異なる電位を読み取ります。
配電は、シングルポイントソース、スターソース、マルチポイントソースのXNUMXつの方法で要約できます。
（a）一点電源：各コンポーネントの電源とアース線は互いに分離されています。 すべてのコンポーネントの電力ルーティングは、単一の基準点でのみ交わります。 単一のポイントが電力に適していると見なされます。 ただし、これは複雑なプロジェクトや大規模/中規模のプロジェクトでは実行できません。
（b）スターソース：スターソースは、シングルポイントソースの改善と見なすことができます。 その重要な特性のために、それは異なります：コンポーネント間のルーティング長は同じです。 スター接続は通常、さまざまなクロックを備えた複雑な高速信号ボードに使用されます。 高速信号PCBでは、信号は通常、エッジから来てから中央に到達します。 すべての信号を中心から回路基板の任意の領域に送信でき、領域間の遅延を減らすことができます。
（c）マルチポイントソース：いずれの場合も貧弱と見なされます。 ただし、どの回路でも簡単に使用できます。 マルチポイントソースは、コンポーネント間および一般的なインピーダンス結合でリファレンスの違いを生み出す可能性があります。 この設計スタイルにより、高スイッチングIC、クロック、およびRF回路が、接続を共有する近くの回路にノイズを導入することもできます。
もちろん、私たちの日常生活では、常に単一のタイプの配布があるとは限りません。 私たちができるトレードオフは、シングルポイントソースとマルチポイントソースを混合することです。 アナログ感度の高いデバイスと高速/ RFシステムをXNUMXつのポイントに配置し、他のすべての感度の低い周辺機器をXNUMXつのポイントに配置できます。
パワー航空機を使うべきかどうか考えたことはありますか？ 答えはイエスです。 パワーボードは、電力を転送し、回路のノイズを低減する方法のXNUMXつです。 電源プレーンは、接地経路を短くし、インダクタンスを減らし、電磁両立性（EMC）性能を向上させます。 また、ノイズの伝播を防ぐために、両側の電源面にも平行平板デカップリングコンデンサが生成されているためです。
パワーボードには明らかな利点もあります。面積が大きいため、より多くの電流を流すことができ、PCBの動作温度範囲が広がります。 ただし、注意してください。電源層は動作温度を向上させることができますが、配線も考慮する必要があります。 追跡ルールはipc-2221とipc-9592によって与えられます
RFソースを備えたPCB（または任意の高速信号アプリケーション）の場合、回路基板のパフォーマンスを向上させるために完全なグランドプレーンが必要です。 信号は異なる平面に配置する必要があり、XNUMX層のプレートを使用して両方の要件を同時に満たすことはほとんど不可能です。 アンテナまたは複雑度の低いRFボードを設計する場合は、XNUMXつのレイヤーを使用できます。 次の図は、PCBがこれらのプレーンをより適切に使用する方法を示しています。
ミックスドシグナルの設計では、メーカーは通常、アナロググランドをデジタルグランドから分離することを推奨しています。 敏感なアナログ回路は、高速スイッチや信号の影響を受けやすくなっています。 アナログとデジタルの接地が異なる場合、接地面は分離されます。 ただし、以下のデメリットがあります。 主にグランドプレーンの不連続性によって引き起こされる、分割されたグランドのクロストークとループ領域に注意を払う必要があります。 次の図は、XNUMXつの別々のグランドプレーンの例を示しています。 左側では、戻り電流が信号ルートに直接流れることができないため、右側のループ領域ではなくループ領域があります。
電磁両立性と電磁干渉（EMI）
高周波設計（RFシステムなど）の場合、EMIは大きな欠点になる可能性があります。 前述のグランドプレーンはEMIの低減に役立ちますが、PCBによると、グランドプレーンは他の問題を引き起こす可能性があります。 XNUMX層以上のラミネートでは、航空機の距離が非常に重要です。 プレーン間の静電容量が小さい場合、電界はボード上で拡大します。 同時に、XNUMXつのプレーン間のインピーダンスが減少し、リターン電流が信号プレーンに流れるようになります。 これにより、プレーンを通過する高周波信号に対してEMIが発生します。
EMIを回避する簡単な解決策は、高速信号が複数の層を通過するのを防ぐことです。 デカップリングコンデンサを追加します。 そして、信号配線の周りに接地ビアを配置します。 次の図は、高周波信号を使用した優れたPCB設計を示しています。
フィルターノイズ
バイパスコンデンサとフェライトビーズは、コンポーネントによって生成されるノイズをフィルタリングするために使用されるコンデンサです。 基本的に、高速アプリケーションで使用する場合、I / Oピンがノイズ源になる可能性があります。 これらのコンテンツをより有効に活用するためには、以下の点に注意する必要があります。
フェライトビーズとバイパスコンデンサは、常にノイズ源のできるだけ近くに配置してください。
自動配置と自動ルーティングを使用する場合は、確認する距離を考慮する必要があります。
フィルタとコンポーネント間のビアやその他のルーティングは避けてください。
グランドプレーンがある場合は、複数の貫通穴を使用して正しく接地してください。