ハイスピード PCBボード design is often overlooked or quite important. システムボードのレイアウトは、設計自体の不可欠な部分となっている, したがって、高速信号リンク設計の性能に影響するメカニズムを理解することが重要である. エンジニアであるにもかかわらず, 我々はまた、より多くのトラブルを作成する可能性があります. だからあまりにも簡単に取得しないとCADエンジニアは、任意のパフォーマンスを向上させることはありませんデザインと詰まって取得. 露出したパッドは時々見落とされる, しかし、信号リンクを最大限に利用し、デバイスからの放熱を助けることは非常に重要である. 露出したパッドは、アナログデバイスでピン0と一般に呼ばれていて、今日ほとんどのデバイスの下でパッドです. それは、チップのすべての内部のグラウンドがデバイスの下のセンターポイントに一般に接続される重要な接点である. あなたは、多くのコンバータとアンプが最近、グラウンドピンを欠落していることに気づいたことがありますか? 露出パッドはなぜです. The key is to properly secure (i.e. solder) this pin to the プリント回路基板(PCB) with a robust electrical and thermal connection, さもなければ、システム設計はあらゆる種類のダメージを受ける可能性がある.
露出したパッドを使用して電気的および熱的接続を作ることは、基本的に3段階プロセスである. ファースト, PCBのすべての層に露出したパッドを複製する, これは、高速放熱のためのすべてのグラウンドと接地面により厚い熱接続を提供する. このステップは、多数のチャネルを有する高電力デバイス及び用途に関連する. 電気的, これはすべての接地面に対して良好な等電位結合を与える. あなたも、下部層に露出パッドを複製することができますて, それは、デカップリングのための熱気パッドグラウンドポイントと底側ヒートシンクをマウントする場所として機能する.
二番目, 露出したパッドをチェッカーボードのような複数の同一部品に分割する. これは2つの方法で行うことができます：スクリーン印刷されたクロスハッチングまたははんだマスクを開いた露出パッドの上で使用すること. このステップは、デバイスとPCB間の堅牢な接続を保証する. リフローアセンブリプロセス中, はんだペーストがどのように流れ、最終的にはPCBにデバイスを接続するかは確実ではない. 問題は、接続が存在するかもしれませんが均等に分散されることです. 接続が1つ、接続が小さい場合があります, または, 接続は角にあります. 露出したパッドをより小さなセクションに分割することは、各々の領域が接続点を有することを確実とする, より堅牢になる, 露出パッド. 各々のセクションが地面に接続しているビアを持っていることを保証されなければなりません. 各エリアは、通常、複数のバイアを配置するのに十分大きい. 必ずアセンブリの前にはんだペーストまたはエポキシで各々のviaを満たすようにしてください. このステップは、露出したパッド半田ペーストがこれらの空隙によってこれらに再流さないことを確実にするために非常に重要である, 適切な接続の可能性を減らす. 時々、我々はデカップリングを使用する目的を無視して、低いインピーダンス電源が地面に接続されるように、ボードの向こう側にコンデンサの多くの値を広げました. しかし、質問は残っている：どのように多くのコンデンサが必要です? Many literatures state that multiple capacitors and multiple values should be used to reduce the impedance of the power transmission system (PDS), しかし、これは完全に真実ではありません. 事実上, コンデンサの正しい値と正しい種類を選ぶだけで、PDDのインピーダンスを減らすことができる. しかし, 緑の曲線をもう一度見ましょう, は0だけ.同じデザインの上の1つの起伏Fと10の無電Fコンデンサ. これは、右のコンデンサを使用する場合, 多くのコンデンサ値を使用する必要はありません. This also helps save on layout and bill of materials (BOM) costs. しかし, すべてのコンデンサが「等しく作成される」というわけではない, そして、同じ供給元の中でさえ, 技量に違いがある, サイズとスタイル. 正しいコンデンサが使われないならば, 複数のコンデンサまたはいくつかの異なるタイプのコンデンサが使用されるかどうか, 結果はPDSに逆効果になり得る. コンデンサの配置または異なるコンデンサ技術およびサイズの使用は、システム内の周波数とは異なる応答をし、互いに共振する誘導ループを作り出すことができる. システムで使用されるキャパシタのタイプの周波数応答を知ることは重要である. キャパシタのランダム選択は低インピーダンスPDSシステムを設計する努力を取り消すことができる. 修飾PDSを設計する, 様々なコンデンサを使用する必要がある. PCBsに使用される典型的なコンデンサ値は、DC. 500 MHz以上, 静電容量はPCBによって形成される内部キャパシタンスによって決定される. 力と接地面は十分に密接に積み重ねられているか? こうする, より大きな平面容量をサポートするPCBスタックの設計. 例えば, つのレイヤースタックは、トップ信号層を含むことができる, 接地層, 電力層, 第2パワー層, 第二地盤, と底部信号層. グランド層と電源層は、積層構造で互いに近接するように指定される. これら2つの層の間隔を2〜4ミルに設定することにより、固有の高周波平面キャパシタンスが形成される. このコンデンサーの美しさは, あなたは、PCB製造ノートでそれを説明する必要があります. あなたがパワープレーンを分割しなければならなくて, 可能な最大パワープレーンを使用する. 空襲するな, 一方、敏感な回路. これにより、VDD平面の静電容量が到達できる. If the design allows for extra layers (six instead of eight in this example), つの余分なグランドプレーンは、第2のパワープレーンの間に置かれるべきです. 同じ2～3ミル間隔の場合, the inherent capacitance of the stacked structure will be doubled (Figure 6). この構造は設計が容易である, その後、インピーダンスを低く保つために、より離散的な高周波コンデンサを追加することができる.
供給電流要求に応じて発生する電圧リップルを最小化することは重要である, しばしば見落とされる, PDS. すべての回路は電流を必要とする, いくつかの回路は、大量の電流を必要とする, そして、いくつかの回路は、より速いレートで電流を供給する必要がある. 回路の電流要求による電圧リップルは、よく分離された低インピーダンス電力または接地面および良好なPCBスタックを用いて最小化することができる. 使用するデカップリング戦略によると, システム設計のスイッチング電流が1 Aであり、PDDのインピーダンスが10 m, 電圧リップルは10 mVである. 計算式は簡単です. 完全なPCBスタックで, 高周波範囲はカバーできる, while the low frequency range (<500MHz) can be covered by using traditional decoupling at the starting entry point of the power plane and around high power or inrush current devices. これは、PDSインピーダンスが全周波数範囲にわたって一定であることを保証する. どこにもコンデンサを置く必要はありません, そして、すべての製造規則を破る必要はありません. この種のオーバーシュートが必要であるならば, それから、回路の他の問題があります.
いくつかのレイアウトは、必然的に回路面が重なっている. In some cases it may be a sensitive analog plane (be it power, グラウンド, or signal), そして、次の層は、ノイズの多いデジタルプレーンです. 飛行機が別のレベルにあるので、大部分のデザイナーはそれが重要でないと思いません. それで、簡単なテストをしましょう. 層を例として取る, 任意のプレーン上の信号を注入. 今、この隣接する層と交差する別の層をスペクトルアナライザにクロス接続します. どのように多くの信号が隣接する層に結合されるかを見ることができますか? たとえ2つが40マイルによって分離されても, それはまだある周波数で隣接する平面に信号を結合するという意味で、依然として容量性である. 例えば, つの層の上の高雑音デジタル面は、高速で1 Vの信号交換をします, which means that another layer will "see" 1mV of coupling (about 60dB of isolation). For a 12-bit analog-to-digital converter (ADC) with a 2Vp-p full-scale swing, this is a coupling of 2 significant bits (LSBs). あるシステムにとっては問題ではないかもしれない, but it should be noted that if you boost by 2 bits (from 12 to 14 bits), 感度は4つだけ増加する, または8ポンド. この面間結合を無視することはシステムに失敗し、設計性能に影響を及ぼす可能性がある. ここでは、2つの平面の間の結合が想像を超えているかもしれないと指摘しなければならない. これは、ノイズ結合が関心のあるスペクトルの範囲内にあるときに留意すべきである. 時には、意図しない信号または平面が異なる層に交差結合されるレイアウトを規定する, 敏感なシステムをデバッグするとき、これを覚えておいてください. 問題は1レベル以下に見えるかもしれない.
アナログ信号チェーンの設計者による一般的な質問は, ADCを使用するとき、グランドプレーンはagndおよびdGND接地面に分離されなければならない? 短い答えは以下の通りです. 詳細な答えは：通常分離されていません. ほとんどの場合, グランドプレーンをブラインド分離することは、リターン電流のインダクタンスを増加させるだけである, それで、それは良いより害です. Remember the formula V=L(di/dt)? インダクタンスが増加するにつれて, 電圧ノイズが増加する. インダクタンスが増加するにつれて, それで、あなたは減少しようとしているPDSインピーダンスをしますか. ADCサンプリング率を増加させる必要性が成長を続けるにつれて, スイッチ電流を増加させるには、多くの方法しかない. 地面を分離する理由がない限り, これらのグランド接続を保つ.
キーは、グランドプレーンが分離される必要がないように、回路を適切に分割することである. レイアウトが回路を彼ら自身の地域に保たれることができるならば、接地面を切り離す必要がない点に注意してください. この部門はスターグラウンドを提供します, したがって, リターン電流を回路の特定の部分に閉じ込める. 例えば, サイズ制約は基板の良いレイアウト分割を達成することを不可能にする. これは、過酷なバス電源またはノイズの多いデジタル回路が、レガシーなデザインまたはサイズ要件に従う特定の領域に置かれなければならないという事実のためかもしれません. この場合は, グラウンドプレーンの分離は良好な性能の鍵である. しかし, 全体的なデザインのために効果的である, これらの理由はまた、ボード上のどこかのブリッジまたは接合と一緒に接続する必要があります. したがって, 接続点は別々の接地面に均等に分配されるべきである. PCB上の接続点は、戻り電流が性能を低下させることなく通過することができる場所、または帰還電流を高感度回路に強制的に結合する場所である. この接続点がコンバータの近くにあるならば, 地面を全く切り離す必要はない.
レイアウトに関する多くのコメントで, レイアウトについて考えるのはいつも混乱している. テクノロジーと原則は常にADIの「デザイン文化」の一部であった. エンジニアは過去のデザイン経験を描く傾向がある, 製品を市場に出す圧力も、デザイナーが新しいものを変えるか、試みるのを落胆させます. 彼らはシステムの中で大きな問題が起こるまで、リスクトレードオフに固執する. 評価委員会, モジュール, とシステムレベル, 単純な単一のグランドはすべての状況に適しています. 良い回路分割が鍵である, これは、平面と隣接する層のレイアウトにも影響します. 敏感な平面が雑音のあるデジタル平面より上ならば、交差結合は可能であることに注意してください. アセンブリも重要な要因です. PCB店またはアセンブリ店に提供される製造メモは、ICの露出したパッドおよびPCBの間の信頼性のある接続を確実にするために良好に使用されるべきである. 無数のシステムは貧しいアセンブリのために貧しいシステム性能に苦しむことができます. しかし, パワープレーンエントリポイントとコンバータVDDピンに近いデカップリングは、常に有益です. 増加の, 固有の高周波数デカップリング, 4マイル以下で、きつく力と地上飛行機を使ってください. この方法にはコストがかかりません, そして、あなたのPCB製作メモを更新するのに5分しかかかりません. すべての特定の特性は、高速を設計するときに説明することができます, 高解像度コンバータレイアウト. すべてのアプリケーションが異なる, そして、いくつかはさらにユニークです. しかし, 上記の重要なポイントは、デザイナーが将来のシステム設計の理解を深めるのを助けることができます
PCBボード.
