マイクロ波技術 - 高周波PCB基板設計における干渉

高周波pcb基板の設計において，技術者は，4つの局面において，電力雑音，伝送線干渉，結合，電磁干渉（emi）干渉を考慮する必要がある。

電源ノイズ

高周波回路では、電源からのノイズが高周波信号に大きな影響を与える。したがって、第1の要件は、電源が低ノイズであることである。ここで、クリーンランドとクリーンパワーは等しく重要です。なぜ？パワー特性を図1に示す。明らかに、電源は特定のインピーダンスを有し、インピーダンスは電源全体に分配されるので、ノイズはまた、電源に重ねられる。そして、できるだけ電力のインピーダンスを最小にしなければならないので、独自のパワー層およびコンタクト層を有することが最も好ましい。高周波回路設計において、電源は層の形態で設計され、ほとんどの場合、バスの形態よりもはるかに優れているので、回路は、少なくともインピーダンスを有する経路に常に追従することができる。加えて、パワーボードはまた、PCB上の全ての生成信号及び受信信号に対して信号ループを提供し、これは信号ループを最小化し、低周波回路設計者によってしばしば見落とされるノイズを減少させることができる。

PCB設計におけるパワーノイズを除去する方法はいくつかある。

1.1 .注意ボード貫通孔：スルーホールは、貫通孔を通過するための空間を作るために、パワー層上の開口をエッチングする必要がある。パワー層の開口が大きすぎる場合、信号回路が影響を受け、信号がバイパスされ、回路の面積が増加し、ノイズが増加する。同時に、いくつかの信号線が開口の近くに集中し、このループを共有する場合、共通インピーダンスはクロストークを引き起こす。

1.2の接続線は十分な接地線を必要とします：各々の信号はそれ自身の独特の信号ループを必要とします、そして、信号とループのループの面積はできるだけ小さいです、すなわち、信号とループは平行でなければなりません。

1.3 .アナログおよびデジタル電源の電源は分離されるべきである：高周波デバイスは一般にデジタルノイズに非常に敏感であるので、それらは分離され、電源の入口で接続されるべきである。信号がアナログとデジタルの両方の部分にまたがる必要がある場合、ループの面積を減らすためにループを信号交差点に配置することができる。シグナルループで使用される数値の間にまたがる。

1.4は別々の電源層の重なりを避ける。そうでなければ、回路ノイズは寄生キャパシタンスを通して容易に結合することができる。

1.5 .PLLなどの高感度素子を分離する。

1.6 .電源コードを配置してください：信号回線を減らすために、信号線の側に電源コードを置くことによって、雑音を減らしてください。

高周波PCB設計

送電線

pcbには2種類の伝送線路がある。伝送線路の最大の問題は反射である。リフレクションは多くの問題を引き起こす可能性があります。例えば、負荷信号は、元の信号とエコー信号のオーバーレイであり、信号解析の難しさを増加させる。反射は付加的な雑音干渉と同じくらい厳しいリターン損失を引き起こす。

2.1がソースに信号を反映していると、システムノイズが増加し、受信機が信号からノイズを識別することがより難しくなる

2.2は基本的に、任意の反射信号は信号品質を劣化させ、入力信号の形状を変更する。一般に、主解はインピーダンス整合（例えば、相互接続インピーダンスはシステムインピーダンスに非常によく適合するべきである）であるが、時々インピーダンスの計算がより困難である場合、いくつかの送電線インピーダンス計算ソフトウェアを参照することができる。

PCB設計における伝送線干渉を除去する方法は以下の通りである。

2.2.1送電線のインピーダンス不連続性を避ける。右コーナーやスルーホールのような不連続インピーダンスの点は、できるだけ避けるべきである。方法は以下の通りです：線のまっすぐな角を避けて、大きな屈曲でさえ、可能な限り45度またはアークで歩きます図5に示すように、各ホールはインピーダンス不連続性であるので、できるだけ少ないホールとして使用する外側のシグナルは、内側の層を通過するのを回避します。

2.2.2 .ステアドラインを使わない。ポストラインはノイズの源ですから。杭の線が短い場合は、送電線の端に接続することができます。杭のラインの長さが長い場合は、大きな反射を生成し、問題を複雑にするソースとして主な伝送線を取る。使用することは推奨されません。

PCB結合

3.1共通インピーダンス結合：一般的な結合チャネル、すなわち干渉源および干渉デバイスは、しばしば特定の導体（例えば、回路電源、バス、共通接地など）を共有する。

このチャンネルでは、ICの後ろに直列に降下すると、電流ループ内のコモンモード電圧が発生し、それが受信機に影響する。

3.2フィールドコモンモード結合は、放射源が、干渉回路によって形成されたループ及び共通基準面にコモンモード電圧を発生させる。磁界が支配的役割を果たす場合、直列接地回路において生成されるコモンモード電圧は、VCM＝−（ΔB／ΔT）＊領域（ΔB＝式における磁気誘導強度の変化）である。電磁界が既知であれば、誘起電圧はVCM＝（L * H＊F＊E）／48である。この制限を超えて、L（m）＝150 MHz未満の式に適している。

3.3差動モードフィールド結合：リードペアによって受信される直接放射、または回路基板上のリードおよびその回路に言及する。できるだけ近い2本のワイヤーに。この結合は大いに減少します、それで、あなたは干渉を減らすために一緒に2本のワイヤーをねじることができます。

3.4のインターライン結合（クロストーク）は、並列回路を均等化する任意のライン間の望ましくない結合を引き起こすことができ、これはシステムの性能を著しく損なうことになる。それらは容量性および官能的クロストークに分類できる。前者は、ライン間の寄生容量がノイズ源のノイズを電流の注入によってノイズ受信ラインに結合させるためである。後者は、不要な寄生トランスの一次ステージ間の信号結合として想像することができる。感覚漏話の大きさは、2つのループの近接、道路の面積、および負荷のインピーダンスに依存する。

3.5電力線結合：ACまたはDC電力線を参照すると、電磁干渉が起こり、電力線は他のデバイスにこれらの干渉を送信する。

PCB設計におけるクロストークを除去する方法はいくつかあります。

3.5.1、両方のクロストークの大きさは負荷インピーダンスの増加と共に増加するので、クロストークに起因する干渉に敏感な信号線は適切に終了されなければならない。

3.5.2 .信号線間の距離をできるだけ増加させることにより、許容漏話を効果的に低減することができる。接地層管理、配線間の分離（例えばアクティブ信号線及び接地線、特に信号ホッピングを有する信号線と接地間）、及びリードインダクタンスの低減。

3.5.3隣接する信号線間に接地線を挿入することによって、許容されるクロストークを効果的に低減することができ、それは接地線が波長の4分の1毎に層に接続されることを必要とする。

3.5.4知覚的なクロストークのために、許容されるならば、環状領域は最小にされて、排除されなければなりません。

3.5.5シグナル共有ループを避けてください。

3.5.6 .信号の整合性に関する懸念：設計者は、信号の完全性を解決するために溶接プロセス中に接続を終了する必要がある。この方法の設計者は，良好な信号完全性性能を得るために遮蔽用銅箔のマイクロストリップ長に集中できる。通信アーキテクチャにおいて密なコネクタを持つシステムでは、設計者は端末としてPCBを使用することができる。

電磁妨害

速度の増加に伴って、EMIはますます深刻になり、多くの面（例えば、相互接続における電磁干渉）においてマニフェストとなる。高速デバイスは特にこれに敏感であるので、それらは高速の偽信号を受信する一方で、低速デバイスはそのような偽信号を無視する。

EMIを除去するいくつかの方法があります PCB デザイン

4.1、減少ループ：各ループはアンテナと等価であるので、ループの数、ループの面積、およびループのアンテナ効果を最小化する必要がある。信号が2つの点で1つのループ経路だけを持っているのを確実にして、人工のループを避けて、可能な限り電力層を使用してください。

4.2、フィルタリング：フィルタリングは、両方のパワーと信号線の上でEMIを減らすのに用いられることができます。デカップリング容量，emiフィルタ，磁性素子の3つの方法がある。

4.3 .遮蔽記事の長さに加えて、多くの記事のブロックを議論するため、詳細に導入されません。

4.4 .高周波デバイスの速度を最小にします。

4.5.の誘電率を上げる プリント配線板ボード パネル近傍の伝送路のような高周波部分の外部への放射を防止するためである。厚さを増やす プリント配線板プレートとマイクロストリップ線路の厚さを最小化することで、電磁波の放射線や放射線を防ぐことができます.

5章要約:

イン 高周波PCB設計, 原則に従うべきだ。

5.1 .電力供給と土地の統一と安定

5.2 .慎重な配線と適切な終了は、反射を排除することができます。

5.3 .慎重な配線と適切な終了は許容性と感覚漏話を減らすことができます。

5.4 .EMC要件を満たすためにはノイズ抑制が必要である。