マイクロ波技術 - PCB高周波回路配線を有効にする10のトリック

PCB高周波回路配線を有効にする10のトリック

デジタル論理回路の周波数が45 MHz, そしてこの周波数以上で動作する回路が電子系全体の一定のシェア（例えば1／3）を占め、 通常、高周波回路と呼ばれる.高周波回路基板 デザインは非常に複雑なデザインプロセスです, そして、その配線は、全体の設計に非常に重要です!

最初のトリック多層基板配線

高周波回路は集積度が高く、配線密度が高い傾向がある. の使用 多層板 配線に必要なだけではない, しかし、干渉を減らす効果的な手段. に PCBレイアウト ステージ, 合理的な選択 プリント板 層の特定の数のサイズは、シールドを設定するために中間層を最大限に活用することができます, 最寄りの接地を実現, そして、効果的に寄生インダクタンスを減らして、信号伝送長を短くします, 依然として、これらの方法のすべてが、高周波回路の信頼性に有益である, 信号交差干渉の振幅低減のような.

いくつかのデータは、同じ材料が使用されていることを示す, 四層板の騒音は、両面板より20 dB低い. しかし, また、問題がある. PCBハーフ層の数が多い, より複雑な製造工程, そして、より高い単位コスト. これにより、実行時に適切な数の基板を選択する必要がある PCBレイアウト. 合理的コンポーネントレイアウト計画, と設計を完了するために正しい配線規則を使用して.

第2のトリックは、リード線ができるだけ少し曲がって、より高速電子装置ピンを使うことです。

高周波回路配線のリード線は、完全な直線を採用するのに最適であり、これを回す必要がある。それは、45度の折れた線または円弧によって回されることができます。この要求は、低周波回路において銅箔の固定強度を向上させるためだけであり、高周波回路ではこの要件が満たされる。一つの要求は、高周波信号の外部発光および相互結合を低減することができる。

第3のトリックは、高周波回路装置のピン間のリード線ができるだけ短いということである

信号の放射強度は、信号線のトレース長に比例する。高周波信号が長ければ長いほど、それに近い成分に容易に結合することができる。したがって、クロック、水晶発振器、DDRデータ、LVDS線、USB線、HDMI線および他の高周波信号線のような信号のために、できるだけ短い必要がある。

第4のトリックは、高周波回路装置のピン間のリード・レイヤーのナンバーができるだけ小さいということである。

いわゆる「リード線の層間交替がより少なく、より良い」とは、部品接続プロセスで使用されるより少ないビア（ビア）がよりよいことを意味する。側によれば、1つのビアは約0.5 pFの分布キャパシタンスをもたらすことができ、ビアの数を減らすことは速度を著しく増加させ、データエラーの可能性を減らすことができる。

第5のトリックは、近接並列ルーティングで信号線によって導入される「クロストーク」に注意を払うことである

高周波回路配線は信号線の近接並列ルーティングによって導入された「クロストーク」に注目すべきである。クロストークは直接接続されていない信号線間の結合現象を指す。高周波信号は伝送線路に沿って電磁波の形で伝送されるので、信号線はアンテナとして作用し、電磁界のエネルギーは伝送線の周囲に放出される。望ましくないノイズ信号は、信号間の電磁界の相互結合のために生成される。クロストークと呼ばれる。PCB層のパラメータ、信号線の間隔、駆動端および受信端の電気的特性、および信号線終端方法は、すべて、クロストークに一定の影響を及ぼす。従って、高周波信号のクロストークを低減するためには、配線時にできるだけ以下のことを行う必要がある。

配線スペースが許容される場合、より深刻なクロストークを有する2本のワイヤの間に接地線又はグランドプレーンを挿入することは、分離の役割を果たし、クロストークを低減することができる。

信号線を囲む空間に時分変動する電磁場がある場合、平行分布を回避できない場合には、並列信号線の反対側に「グランド」の大面積を配置して干渉を大幅に低減することができる。

配線スペースが許容されるという前提の下で、隣接する信号線間の間隔を広げ、信号線の平行長を短くし、並列にではなく鍵信号線に垂直にクロックラインを作るようにしている。

同じ層内の平行配線がほとんど避けられない場合、2つの隣接する層では、配線の方向は互いに垂直でなければならない。

ディジタル回路では、通常のクロック信号は、高速エッジ変化及び高い外部クロストークを有する信号である。したがって、設計においては、クロックラインを接地線で囲み、より多くの接地線孔を打ち抜き、容量を減少させてクロストークを低減する。

高周波信号クロックについては、低電圧差動クロック信号を使用し、接地モードをラップし、パッケージグランドパンチの完全性に注意を払う。

未使用の入力端子は、停止されるべきではなく、電源に接地されるか、または電源に接続されている（電源はまた、高周波信号ループにおいて接地されている）。吊り下げラインは送信アンテナと等価であり、接地は発光を抑制することができるからである。この方法を用いてクロストークを除去することにより、即時の結果をもたらすことがある。

第6のトリックは、集積回路ブロックの電源ピンに高周波数デカップリングコンデンサを加えることになっている

高集積デカップリングコンデンサを各々の集積回路ブロックの電源ピンに加える。電源ピンの高周波デカップリングコンデンサを増やすことにより、電源ピン上の高周波高調波による干渉を効果的に抑制することができる。

第7のトリックは、アナログ信号の接地線から高周波デジタル信号の接地線を分離することである

アナログ接地線、デジタル接地線等を公衆接地線に接続する場合は、高周波チョーク磁性ビーズを用いて、一点相互接続に適した場所を接続して直接的に分離して選択する。高周波デジタル信号の接地線の接地電位は、概ね一致しない。直接2つの間の電圧差がしばしばあります。また、高周波デジタル信号のグランド線は、高周波信号の高調波成分を多く含んでいることが多い。デジタル信号グランド線とアナログ信号グランド線とが直接接続されると、高周波信号の高調波がグランド線結合を介してアナログ信号と干渉する。このため、通常の状況では、高周波デジタル信号のグランド線とアナログ信号の接地線とを分離し、適当な位置に1点配線方式を使用したり、高周波チョーク磁気ビーズ配線の方法を用いることができる。

ルーティングによって形成されたループを避ける第8のトリック

あらゆる種類の高周波信号の痕跡は、できるだけループを形成してはならない。それが避けられないならば、ループ領域はできるだけ小さくなければなりません。

第9のトリックは良い信号インピーダンス整合を確実にしなければならない

信号伝送の過程において、インピーダンスが一致しない場合、信号は伝送路に反映され、反射は合成された信号にオーバーシュートを生じさせ、信号を論理しきい値付近で変動させる。

反射を除去する基本的な方法は、伝送信号のインピーダンスをよく一致させることである。伝送線路の負荷インピーダンスと特性インピーダンスの差が大きいほど、反射が大きくなるので、信号伝送線路の特性インピーダンスをできるだけ負荷インピーダンスに等しくする必要がある。同時に、PCB上の伝送線が突然の変化またはコーナーを有することができないことに注意してください、そして、伝送線の各々のポイントのインピーダンスを連続的に保つようにしてください、さもなければ、伝送線のいろいろなセクションの間で反射があります。これは、高速PCB配線の間、以下の配線規則を観察する必要がある

USB配線規則. USB信号差動ルーティングが必要です, 線幅は10ミルです, 線間隔は6 milです, 接地線と信号線間隔は6 milである.

HDMI配線規則HDMI信号差動ルーティングは必要であり、線幅は10 mil、線間隔は6 mil、HDMI差動信号対の各2組間の間隔は20 milを超える。

LVDS配線規則LVDS信号差動ルーティング、線幅7 mil、線間隔6 milを必要とする。目的は、100 mA～15 %オームへのHDMIの差動信号インピーダンスを制御することである

配線ルールDDR 1トレースは、できるだけ多くのホールを通過しない信号を必要とします、信号線は等しい幅の、そして、線は等しく間隔をあけられます。トレースは信号間のクロストークを低減するために2 w原理を満たす必要がある。以上のDDR 2の高速デバイスには、高周波データも必要となる。信号は、信号のインピーダンス整合を確保するために長さが等しい。

信号伝送の完全性を維持する10番目のトリック

信号伝達の完全性を維持して、地面分割に起因する「地面バウンス現象」を防ぎます。