完全性PCBの信号を設計する方法は？

集積回路の出力スイッチング速度の増加に伴い、 PCBボード 密度、シグナルインテグリティは、高速デジタルPCB設計で懸念しなければならない問題のXNUMXつになっています。コンポーネントとPCBボードのパラメータ、PCBボード上のコンポーネントのレイアウト、高速信号線の配線などの要素、シグナルインテグリティに問題を引き起こす可能性があります。

PCBレイアウトの場合、シグナルインテグリティには、信号のタイミングや電圧に影響を与えないボードレイアウトが必要ですが、回路配線の場合、シグナルインテグリティには、終端要素、レイアウト戦略、および配線情報が必要です。 PCBでの高速信号、エンドコンポーネントの不適切な配置、または高速信号の不適切な配線は、シグナルインテグリティの問題を引き起こす可能性があり、システムが誤ったデータを出力したり、回路が正しく機能しなかったり、まったく機能しなくなったりする可能性があります。シグナルインテグリティを十分に考慮し、PCB設計で効果的な制御手段を講じる方法は、PCB設計業界でホットなトピックになっています。

シグナルインテグリティ問題良好なシグナルインテグリティとは、信号が必要なときに正しいタイミングと電圧レベルの値で応答できることを意味します。逆に、信号が適切に応答しない場合は、シグナルインテグリティの問題があります。シグナルインテグリティの問題は、信号の歪み、タイミングエラー、誤ったデータ、アドレスと制御ライン、システムの誤動作、さらにはシステムのクラッシュにつながるか、直接つながる可能性があります。 PCB設計の実践の過程で、人々は多くのPCB設計ルールを蓄積してきました。 PCB設計では、これらの設計ルールを注意深く参照することにより、PCBのシグナルインテグリティをよりよく達成できます。

PCBを設計するときは、最初に回路基板全体の設計情報を理解する必要があります。これには主に次のものが含まれます。

1.デバイスの数、デバイスサイズ、デバイスパッケージ、チップレート、PCBが低速、中速、およびインターフェイスの入力および出力領域である高速領域に分割されているかどうか。

2.全体的なレイアウト要件、デバイスレイアウトの場所、高出力デバイスがあるかどうか、チップデバイスの熱放散の特別な要件。

3.信号線の種類、速度と伝送方向、信号線のインピーダンス制御要件、バス速度の方向と運転状況、主要な信号と保護対策。

4.電源のタイプ、アースのタイプ、電源とアースのノイズ耐性要件、電源とグランドプレーンの設定とセグメンテーション。

5.クロックラインのタイプとレート、クロックラインのソースと方向、クロック遅延要件、最長ライン要件。

PCBレイヤードデザイン

回路基板の基本情報を理解した後、回路基板のコストとシグナルインテグリティの設計要件を比較検討し、適切な数の配線層を選択する必要があります。現在、回路基板は、単層、二重層、XNUMX層からより多層の回路基板へと徐々に発展してきました。多層PCB設計は、信号ルーティングの基準面を改善し、信号の逆流経路を提供できます。これは、良好なシグナルインテグリティを実現するための主要な手段です。 PCBレイヤリングを設計するときは、次のルールに従ってください。

1.基準面は、グランドプレーンであることが望ましい。電源面とグランド面の両方を基準面として使用でき、どちらも特定のシールド機能を備えています。ただし、電源プレーンのシールド効果は、特性インピーダンスが高く、電源プレーンと基準グランドレベル間の電位差が大きいため、グランドプレーンのシールド効果よりもはるかに低くなります。

2.デジタル回路とアナログ回路が階層化されています。設計コストが許す限り、デジタル回路とアナログ回路を別々の層に配置するのが最善です。同じ配線層に配置する必要がある場合は、溝を使用したり、接地線を追加したり、線を分割するなどの方法で修正できます。アナログとデジタルの電源とグランドは分離する必要があり、混合しないでください。

3.隣接するレイヤーのキー信号ルーティングがセグメンテーションエリアを通過しません。信号は、領域全体に大きな信号ループを形成し、強い放射線を生成します。アースケーブルを分割するときに信号ケーブルがエリアを横切る必要がある場合は、アース間にXNUMXつのポイントを接続して、XNUMXつのアースポイント間に接続ブリッジを形成し、ケーブルを接続ブリッジに通すことができます。

4.コンポーネントの表面の下に比較的完全なグランドプレーンが必要です。多層プレートでは、グランドプレーンの完全性を可能な限り維持する必要があります。通常、信号線はグランドプレーン内を走ることはできません。

5、高周波、高速、クロックおよびその他の主要な信号線は、隣接するグランドプレーンを持つ必要があります。このように、信号線と接地線の間の距離はPCB層間の距離だけであるため、実際の電流は常に信号線の真下の接地線に流れ、最小の信号ループ領域を形成し、放射を減らします。

完全性PCBの信号を設計する方法

PCBレイアウト設計

プリント基板のシグナルインテグリティ設計の鍵は、PCBの性能に直接関係するレイアウトと配線です。レイアウトの前に、可能な限り低いコストで機能を満たすようにPCBサイズを決定する必要があります。 PCBが大きすぎて分散していると、伝送ラインが非常に長くなり、インピーダンスが増加し、耐ノイズ性が低下し、コストが増加する可能性があります。コンポーネントを一緒に配置すると、熱放散が悪くなり、隣接する配線でカップリングクロストークが発生する可能性があります。したがって、レイアウトは、電磁両立性、熱放散、およびインターフェース要因を考慮しながら、回路の機能ユニットに基づいている必要があります。

デジタル信号とアナログ信号が混在するPCBをレイアウトするときは、デジタル信号とアナログ信号を混合しないでください。アナログ信号とデジタル信号を混合する必要がある場合は、クロスカップリングの影響を減らすために、必ず垂直に並べてください。回路基板上のデジタル回路、アナログ回路、ノイズ発生回路を分離し、敏感な回路を先に配線し、回路間の結合経路を排除する必要があります。特に、クロック、リセット、および割り込みラインを考慮してください。これらのラインを大電流スイッチラインと並列にしないでください。並列にすると、電磁結合信号によって簡単に損傷し、予期しないリセットまたは割り込みが発生します。全体的なレイアウトは、次の原則に従う必要があります。

1. PCB上の機能パーティションレイアウト、アナログ回路、およびデジタル回路は、異なる空間レイアウトを持つ必要があります。

2.機能回路ユニットを配置するための回路信号プロセスに従って、信号が同じ方向を維持するように流れます。

3.各機能回路ユニットのコアコンポーネントを中心とし、その周りに他のコンポーネントを配置します。

4.高周波成分間の接続を可能な限り短くし、それらの分布パラメータを減らすようにしてください。

5.乱れやすいコンポーネントは互いに近すぎないようにし、入力コンポーネントと出力コンポーネントは遠くに配置する必要があります。

完全性PCBの信号を設計する方法

PCB配線設計

すべての信号線は、PCB配線の前に分類する必要があります。まず、クロックライン、高感度信号ライン、そして高速信号ライン、穴を通るこの種の信号が十分であることを保証するために、良好な特性の分布パラメータ、そして一般的に重要でない信号ライン。

互換性のない信号線は、互いに遠く離れている必要があり、デジタルとアナログ、高速と低速、高電流と小電流、高電圧と低電圧などの配線を並列にしないでください。クロストークを減らすために、異なる層の信号ケーブルは互いに垂直に配線する必要があります。信号線の配置は、信号の流れ方向に応じて最適に配置されます。回路の出力信号ラインは、入力信号ライン領域にさかのぼってはなりません。高速信号線は、他の信号線との干渉を避けるために、できるだけ短くする必要があります。二重パネルでは、必要に応じて、高速信号線の両側に絶縁接地線を追加できます。多層基板上のすべての高速クロックラインは、クロックラインの長さに応じてシールドする必要があります。

配線の一般原則は次のとおりです。

1.可能な限り低密度の配線設計を選択し、インピーダンス整合に役立つ可能な限り太さの一貫した信号配線を選択します。 rf回路の場合、信号線の方向、幅、および線間隔の不合理な設計により、信号伝送線間の相互干渉が発生する可能性があります。

2.隣接する入力線と出力線、および長距離の並列配線をできるだけ避けます。並列信号線のクロストークを減らすために、信号線間の間隔を広げるか、信号線の間に絶縁ベルトを挿入することができます。

3. PCBの線幅は均一でなければならず、線幅の変化は発生しません。 PCB配線の曲がりは、ラインインピーダンスの連続性を維持するために、可能な限り90度のコーナーを使用せず、アークまたは135度の角度を使用する必要があります。

4.現在のループの領域を最小化します。通電回路の外部放射強度は、通過する電流、ループ面積、および信号周波数のXNUMX乗に比例します。電流ループ領域を減らすと、PCBの電磁干渉を減らすことができます。

5.ワイヤーの長さをできるだけ短くし、ワイヤーの幅を広げて、ワイヤーのインピーダンスを減らすのに役立ちます。

6.スイッチ制御信号の場合、同時に状態を変化させるSIGNALPCB配線の数を可能な限り減らす必要があります。