PCB를 설계할 때 일반적으로 인터넷에서 찾을 수 있는 경험과 기술에 의존합니다. 각 PCB 디자인은 특정 애플리케이션에 최적화될 수 있습니다. 일반적으로 해당 설계 규칙은 대상 응용 프로그램에만 적용됩니다. 예를 들어 ADC PCB 규칙은 RF PCB에 적용되지 않으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 그러나 일부 지침은 모든 PCB 설계에 대해 일반적인 것으로 간주될 수 있습니다. 여기, 이 튜토리얼에서는 PCB 설계를 크게 향상시킬 수 있는 몇 가지 기본 문제와 기술을 소개합니다.
배전은 모든 전기 설계의 핵심 요소입니다. 모든 구성 요소는 기능을 수행하기 위해 전원에 의존합니다. 설계에 따라 일부 구성 요소의 전원 연결이 다를 수 있지만 동일한 보드의 일부 구성 요소는 전원 연결이 불량할 수 있습니다. 예를 들어, 모든 구성 요소가 하나의 배선으로 전원이 공급되는 경우 각 구성 요소는 서로 다른 임피던스를 관찰하므로 여러 접지 기준이 생성됩니다. 예를 들어 두 개의 ADC 회로가 있고 하나는 시작 부분에, 다른 하나는 끝 부분에 있고 두 ADC 모두 외부 전압을 읽는 경우 각 아날로그 회로는 서로 다른 전위를 읽습니다.
단일 포인트 소스, 스타 소스 및 다중 포인트 소스의 세 가지 가능한 방법으로 전력 분배를 요약할 수 있습니다.
(a) 단일점 전원 공급 장치: 각 구성 요소의 전원 공급 장치와 접지선이 서로 분리되어 있습니다. 모든 구성 요소의 전원 라우팅은 단일 기준점에서만 충족됩니다. 단일 점은 전력에 적합한 것으로 간주됩니다. 그러나 이는 복잡하거나 중대형 프로젝트에는 적합하지 않습니다.
(b) 스타 소스: 스타 소스는 단일 포인트 소스의 개선으로 간주될 수 있습니다. 주요 특성 때문에 구성 요소 간의 라우팅 길이가 동일합니다. 스타 연결은 일반적으로 다양한 클록이 있는 복잡한 고속 신호 보드에 사용됩니다. 고속 신호 PCB에서 신호는 일반적으로 가장자리에서 나온 다음 중앙에 도달합니다. 모든 신호는 중앙에서 회로 기판의 모든 영역으로 전송될 수 있으며 영역 간의 지연을 줄일 수 있습니다.
(c) 다지점 출처: 어떤 경우에도 좋지 않은 것으로 간주됩니다. 그러나 모든 회로에서 사용하기 쉽습니다. 다중점 소스는 구성 요소 간에 그리고 공통 임피던스 결합에서 기준 차이를 생성할 수 있습니다. 이 디자인 스타일은 또한 높은 스위칭 IC, 클록 및 RF 회로가 연결을 공유하는 주변 회로에 노이즈를 도입할 수 있도록 합니다.
물론 일상 생활에서 항상 단일 유형의 분포가 있는 것은 아닙니다. 우리가 할 수 있는 절충안은 단일 포인트 소스와 다중 포인트 소스를 혼합하는 것입니다. 아날로그에 민감한 장치와 고속/RF 시스템을 한 지점에, 덜 민감한 다른 모든 주변 장치를 한 지점에 넣을 수 있습니다.
당신은 동력 항공기를 사용해야하는지 여부에 대해 생각해 본 적이 있습니까? 대답은 예입니다. 전원 보드는 전력을 전달하고 모든 회로의 노이즈를 줄이는 방법 중 하나입니다. 전원 플레인은 접지 경로를 단축하고 인덕턴스를 줄이며 전자기 호환성(EMC) 성능을 향상시킵니다. 또한 병렬 플레이트 디커플링 커패시터가 양쪽 전원 평면에 생성되어 노이즈 전파를 방지하기 때문이기도 합니다.
전원 보드는 또한 분명한 이점이 있습니다. 넓은 면적으로 인해 더 많은 전류가 통과할 수 있으므로 PCB의 작동 온도 범위가 증가합니다. 그러나 참고: 전원 레이어는 작동 온도를 향상시킬 수 있지만 배선도 고려해야 합니다. 추적 규칙은 ipc-2221 및 ipc-9592에 의해 제공됩니다.
RF 소스(또는 모든 고속 신호 애플리케이션)가 있는 PCB의 경우 회로 기판의 성능을 향상시키려면 완전한 접지면이 있어야 합니다. 신호는 서로 다른 평면에 있어야 하며 두 층의 플레이트를 사용하여 두 요구 사항을 동시에 충족하는 것은 거의 불가능합니다. 안테나나 복잡도가 낮은 RF 보드를 설계하려는 경우 두 개의 레이어를 사용할 수 있습니다. 다음 그림은 PCB가 이러한 평면을 더 잘 사용할 수 있는 방법을 보여줍니다.
혼합 신호 설계에서 제조업체는 일반적으로 아날로그 접지를 디지털 접지와 분리할 것을 권장합니다. 민감한 아날로그 회로는 고속 스위치와 신호에 쉽게 영향을 받습니다. 아날로그와 디지털 접지가 다르면 접지면이 분리됩니다. 그러나 다음과 같은 단점이 있습니다. 주로 접지면의 불연속성으로 인한 분할 접지의 누화 및 루프 영역에 주의해야 합니다. 다음 그림은 두 개의 별도 접지면의 예를 보여줍니다. 왼쪽에서 반환 전류는 신호 경로를 따라 직접 전달할 수 없으므로 오른쪽 루프 영역에서 설계되는 대신 루프 영역이 있습니다.
전자기 호환성 및 전자기 간섭(EMI)
고주파수 설계(예: RF 시스템)의 경우 EMI가 주요 단점이 될 수 있습니다. 앞에서 설명한 접지면은 EMI를 줄이는 데 도움이 되지만 PCB에 따르면 접지면은 다른 문제를 일으킬 수 있습니다. XNUMX개 이상의 층이 있는 라미네이트에서는 항공기의 거리가 매우 중요합니다. 평면 사이의 커패시턴스가 작으면 기판에서 전기장이 확장됩니다. 동시에 두 평면 사이의 임피던스가 감소하여 반환 전류가 신호 평면으로 흐를 수 있습니다. 이것은 평면을 통과하는 모든 고주파 신호에 대해 EMI를 생성합니다.
EMI를 피하기 위한 간단한 솔루션은 고속 신호가 여러 레이어를 교차하는 것을 방지하는 것입니다. 디커플링 커패시터를 추가하십시오. 그리고 신호 배선 주위에 접지 비아를 배치합니다. 다음 그림은 고주파 신호가 있는 우수한 PCB 설계를 보여줍니다.
필터 노이즈
바이패스 커패시터와 페라이트 비드는 모든 부품에서 발생하는 노이즈를 필터링하는 데 사용되는 커패시터입니다. 기본적으로 고속 애플리케이션에서 사용하면 모든 I/O 핀이 노이즈 소스가 될 수 있습니다. 이러한 콘텐츠를 더 잘 활용하기 위해서는 다음 사항에 주의해야 합니다.
항상 페라이트 비드와 바이패스 커패시터를 노이즈 소스에 최대한 가깝게 배치하십시오.
자동배치와 자동라우팅을 사용할 때 체크할 거리를 고려해야 합니다.
필터와 구성 요소 간의 비아 및 기타 라우팅을 피하십시오.
접지면이 있는 경우 여러 개의 관통 구멍을 사용하여 올바르게 접지하십시오.