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高品質 PCB設計

本稿はPCBレイアウトに関する経験の概要です. The content in the article is mainly suitable for high-precision analog systems or low-frequency (<50MHz) digital systems.

コンポーネントレイアウト

合理的なコンポーネントのレイアウトを設計するための基本的な前提条件です 高品質PCB 図表. コンポーネントレイアウトの要件は主にインストールを含みます, フォース, ヒート, シグナル, 美的要求.

1.1 .インストール

スムーズにインストールするために提案された一連の基本を参照してください 回路基板 シャーシに, シェル, スロット, etc., スペース干渉なしで, 短絡等事故, そして、特定のアプリケーション事件の下でシャシーまたはシェルの指定された位置の指定されたコネクタを作ります. 必要. ここでは繰り返さない.

1.2 .フォース

The 回路基板 設置作業中に様々な外力や振動に耐えることができる. この理由から, the 回路基板 合理的な形状を持つ必要があります, と positions of the various holes (screw holes, special-shaped holes) on the board should be arranged reasonably. 一般に, 穴と基板の縁との間の距離は、少なくとも穴の直径よりも大きくなければならない. 同時に, 特殊形状の穴によって生じる板の弱い部分も十分な曲げ強さを有することに留意すべきである. ボード上のデバイス・シェルから直接「伸びる」コネクタは、長期信頼性を確保するために合理的に固定されなければならない.

1.3 .加熱

激しい発熱を伴う高出力デバイス用, 放熱条件の確保に加えて, また、適切な場所に配置する必要があります. 特に洗練されたアナログシステムで, 脆弱なプリアンプ回路にこれらのデバイスによって生成される温度場の悪影響に特に注意しなければならない. 一般に, 非常に大きなパワーを持つ部分をモジュール化する, また、信号処理回路と信号処理回路との間には、ある程度の熱絶縁対策がとられなければならない.

1.4 .シグナル

信号の干渉はPCBレイアウト設計において考慮すべき重要な要素である. いくつかの基本的な側面は以下の通りである。弱信号回路は、強い信号回路から分離され、あるいは分離されているAC部分はDC部から分離される高周波部分は低周波部から分離される信号線の方向に注意を払う；地上線の配置適正遮蔽, フィルタリング, etc. 処置. これらは多くの論文で繰り返し強調されてきた, だから私はここでそれらを繰り返すことはありません.

1.5 .美しい

コンポーネントのきちんとした整然とした配置を考慮する必要はありません, しかし、美しくて滑らかな配線も. なぜなら、普通の素人は、回路設計の賛否を評価するために、前者をより強調することがあるからである, 製品のイメージのために, 性能要件が厳しくないとき、前者は優先されるべきです. しかし, 高性能場面で, あなたが両面板を使わなければならないならば, and the 回路基板 にもカプセル化される, 普通は見えない, 配線の美学をまず強調すべきである. 次のセクションでは、詳細に配線の“美学”について議論します.

配線原理

以下は、文献におけるいくつかの一般的な妨害防止策の詳細な紹介です. 実際の応用で考慮する, 特に製品の試作で, 多数の二重パネルがまだ使われている, 以下の内容は主にダブルパネル用です.

2.1. Wiring "Aesthetics"
Avoid right angles when turning, 対角またはアーク遷移を使用しようとする.
配線はきちんとしていなければならない, 集中的に配置される, これは、異なる性質の信号の相互干渉を避けることができない, 検査と修正も容易にする. デジタルシステム, there is no need to worry about interference between signal lines (such as data lines, address lines) in the same camp, しかし、読み込みなどの制御信号, 執筆, そして、クロックは、接地線による保護のために独立して使用されるべきである. 立ち上がる.

大面積（後述する）を敷設する場合、接地線（実際にはグラウンド“プレーン”であるべきである）と信号線との間の合理的で等しい距離を維持しようとし、短絡及び漏れを防止するために可能な限り接近しようとする。

微弱電流系, 接地線と電源線はできるだけ近いはずである.
表面実装部品を用いたシステム, 信号線は、できるだけ多く前に発送されるべきである.

2.2. Ground wire layout
There are many discussions on the importance and layout principles of the ground wire in the literature, しかし、実際のPCBにおける接地線配置についての詳細かつ正確な導入の欠如は依然として存在する. My experience is that in order to improve the reliability of the system (not just to make an experimental prototype), 接地線は強調できない, 特に弱い信号処理. このために, 「大面積舗装」の原理を実行する努力を惜しまない.

地面を舗装するとき、散乱した地面が他の線によって分割されない限り、それは一般に格子状の地面でなければなりません。グリッド状グラウンドの熱性能と高周波伝導率は，全接地線よりもはるかに優れている。二重パネル配線では、信号線の経路をとるために、接地線を分離しなければならず、接地抵抗を十分低く保つためには極めて不利である。このため、接地電流の平滑性を確保するために一連の「スマート」法を採用しなければならない。これらの技術は

多数の表面実装部品を使用して、グラウンドワイヤ12に属するべきはんだホールによって占有されるスペースを節約する.
フロントスペースを最大限に活用する：多数の表面実装部品の場合, 信号線をできるだけ多くの層に行くようにしてください, そして、底の層を「無慈悲に」接地線に与える. これは無数の小さなトリックが含まれます. 私自身の本“トリックのPCB”：スワップピン, トリックがある, 多くの類似呪文があります, これは将来書かれます.

合理的に信号線を配置し、ボード上の重要な領域を与え、特に“Hinterland”（ボード全体の接地線の通信に関連する）を接地線に与える。それが慎重に設計されている限り、これはまだ達成することができます。

正面と背中の調整：時々板の片側で、グランドワイヤーは本当に「どこにも」ありません。このとき、両側の配線を調整してみる。対応する位置では、接地線を敷設するのに十分な接地を残し、十分な数のバイアを適切な場所で通過させ（ビアスが大きな抵抗を持っていると考えて）、台湾海峡の両側にある「橋」で交差する信号線を通過させる。十分な導電率で全体に接続される。

犬が壁の上を飛び越える数：小さな信号線によって巨大な接地線が切られたとき、私は場所から出ることができないので、信号を誤って、ジャンパー線を使用させてください。時々、私はちょうど裸のワイヤーを引く気がないです。この信号は、抵抗器または他の「長い脚のある」デバイスを通過することを生じる。私は正当にこの装置のピンを広げて、それがジャンパーとして役立つようにすることができます。それは信号を通過するだけでなく、ジャンパー線の不明瞭な名前を避けることができます。（もちろん、ほとんどの場合、私は常にそのような信号を適切な場所を通過することができますし、接地線を越えることを避けることができます。

最小原理：接地電流の経路は妥当でなければならず、高電流と弱信号電流は並んではならない。場合によっては、合理的なパスを選択するときに、地上線の小隊は、不当に設定された軍隊の価値があります。

その後、有名なことわざがあります：「あなたは、あなたの母を信頼することができます、しかし、あなたの土地を決して信用しません」。非常に弱い信号処理（マイクロボルト以下）の場合、接地電位が無意味な手段によって一貫して保たれていても、回路上のキーポイントでの接地電位差は、静的電位が適切であっても、少なくとも同じ大きさの処理信号の振幅を超えていなければならない。このような場合には、先ず、原理的には、回路の動作は可能な限り接地電位とは無関係であるべきである。

2.3. Power cord layout and power filtering
The general literature thinks that the power cord should be as thick as possible, 私が見ることができます. Only in the high-power (average power supply current may reach 1A within 1 second), it is necessary to ensure sufficient power line width (in my experience, each 1A current corresponding to 50mil can meet the needs of most occasions). それが信号干渉を防ぐだけであるならば, 電力線の幅は重要ではない. イーブン, 時々、より細い電源コードは、より有利です! 電源の品質は、一般的にその絶対値ではない, しかし、電源の変動と重畳された干渉において. 電力干渉を解決する鍵はフィルタキャパシタである! あなたのアプリケーションが電力品質に関して要求を要求するならば, フィルタコンデンサでお金を節約しないでください! 以下の点に注意してください。

回路全体の電力入力は、「合計」フィルタリング処置を有するべきであり、様々なタイプのコンデンサを互いに適合させなければならない。デジタルシステムでは、少なくとも100 uFの電解+ 10 UFのタンタル+ 0 . 1 UFパッチ+ 1 NFパッチ。高周波（100 kHz）100 UF電解+ 10 UFタンタル+ 0.47 UFパッチ+ 0.1 UFパッチ。ACシミュレーションシステム：DCと低周波数シミュレーションシステム：1000 UFの1，000 UF電解＋10 UFタンタル＋1 UFパッチ＋0.1 UFパッチ

すべての重要なチップは、フィルタ・コンデンサの「セット」を有するべきである。デジタルシステムでは、0.1 UFパッチは一般に十分である。重要なまたはより大きな動作電流チップは、10 uFのタンタルまたは1 UFパッチと組み合わせるべきであり、高周波数チップ（CPU、水晶）はまた、10 nF・470 pFまたは1 nfと組み合わせるべきである。コンデンサは、チップの電源ピンに可能な限り近くなければならず、できるだけ直接接続される。コンデンサが小さいほど、それは近くなければならない。

チップ・フィルタ・コンデンサについては、（フィルタ・コンデンサからチップ・パワー・ピンまで）セクションは、できるだけ厚くなければならない。そして、複数の細いワイヤが並んで使用できるならば、それはよりよい。フィルタキャパシタが低（AC）インピーダンス電圧源を与え、AC結合干渉を抑制すると、コンデンサピン（主電源からフィルタコンデンサへのセクションを参照）の外側の電力線はそれほど重要ではない。ライン幅はあまりにも厚くする必要はありません、少なくとも、これのために多くの板面積をとる必要はありません。若干のアナログシステムもまた、干渉をさらに抑制するためにRCフィルタネットワークを採用するために電力入力を必要とし、より薄い電力ラインは、RCフィルタの抵抗としてちょうど倍になることがある。

大きな動作温度範囲を有するシステムについて, アルミニウム電解コンデンサの性能は、低温でのそれらのフィルタリング効果を減少させるか、あるいは失わせることに留意されたい. この時に, 代わりにタンタルコンデンサを用いる. 例えば, 470 UFアルミニウムを100 UFタンタルと交換してください|1000 UFアルミニウム, または100 ufアルミニウムの代わりにタンタル.
アルミ電解コンデンサを高出力加熱装置に近づけないようにご注意ください.