PCBニュース - PCB配線の直角配線・差動配線・蛇行配線の基礎理論

直角ケーブル

一般に、直角配線は、以下の状況を避けるために必要である PCBボード 配線, そして、配線の品質を測定する基準の1つになりました, 信号伝送に直角配線がどのくらい影響を与えるか? 原則的に, 直角配線は送電線の線幅を変える, インピーダンス不連続性の結果. 事実上, 直角線だけでなく, トン角, 鋭角線は、インピーダンス変化を引き起こすかもしれません. 直角角度の信号への影響は主に3つの局面に反映される.

差動ケーブル

差動信号とは？平易な英語では、ドライバは2つの等価および反転シグナルを送り出す。そして、レシーバは論理状態が「0」または「1」であるかどうか決定するために2つの電圧間の差を比較する。差動信号を有する一対のワイヤは差動配線と呼ばれる。通常のシングルエンド信号ルーティングと比較して、差動信号は以下の3つの態様において最も明白な利点を有する。

強い干渉干渉は、2つの差動回線間の結合が非常に良好であるので、ノイズ干渉がある場合、それらは同時に2つのラインに結合され、受信機は2つの信号の差を気にするだけであるので、外部コモンモードノイズを完全にキャンセルすることができる。

b .効果的にemiを抑制することができる。同様に、2つの信号が逆極性であるので、それらによって放射される電磁界は相殺することができる。結合が近いほど、外側の世界に放出される電磁エネルギーが少なくなる。

C .タイミングポジショニングは正確です。差動信号のスイッチング変化は、2つの信号の交点にあるので、高しきい値電圧と低いしきい値電圧で判定された共通のシングルエンド信号と異なり、タイミング誤差を低減することができ、低振幅信号を有する回路に適している。LVDS（低電圧差動信号）は、一般的な小振幅差動信号技術である。

ミスコンセプション1：差動信号は、逆流経路として接地面を必要としない、または、差動線が互いに逆流経路を提供すると考える。この誤解の原因は表面現象によって混乱し，高速信号伝送のメカニズムは十分に深くない。図1〜図8の受信端の構造から分かるように、トランジスタQ 3，Q 4のエミッタ電流は等価であり、接合部の電流は正確にキャンセル（I 1＝0）される。したがって、差動回路は、電源およびグランドプレーンに存在することができる類似したグランド発射体および他のノイズ信号に対して鈍感である。リターンのグランドプレーンオフセット部分は、差動回路が信号経路として参照平面として返されない、実際に信号フロー解析、差動ラインおよび共通のシングルエンドのウォークラインに一貫して、高周波信号のメカニズムは、常にリフローの最小インダクタンスの回路に沿っている。最大の違いは、地面に結合されている他の違い線の中にあるが、いずれかの強力な結合されている間の結合は、主な逆流パスになります。

PCB回路設計において、差動配線間の結合は一般的に小さく、通常、結合度の10〜20 %しか計算されず、結合の大部分はグランドになるので、差動配線の主な逆流経路は依然として接地面に存在する。ローカルプレーンの不連続性の場合、図1−8−17に示すように、差動経路間の結合は基準面のない領域に主逆流経路を与える。基準配線の不連続性が差動配線に及ぼす影響は、通常のシングルエンド配線のそれほど深刻ではないが、差動信号の品質を低下させ、EMIを増加させることができる。一部の設計者は、差動伝送における共通モード信号の一部を抑制するために差動伝送ラインの基準面を除去できると考えているが、理論的にはこの方法は望ましくない。インピーダンスの制御方法コモンモード信号に対して接地インピーダンスループを設けることなく、EMI放射が発生し、良好な害をもたらす。

誤解2：等しい間隔を維持することは、線長にマッチするより重要です。実際のPCB配線では、しばしば差動設計の要件を満たすことができない。ピン、ホール、および配線スペースの他の要因の分配のために、適切な巻き線を経たライン・レングス・マッチングの目的を達成することは必然的にある。PCB差動配線設計における最も重要なルールは線路長に一致することであり、他の規則は設計要件および実用的な用途に従って柔軟に扱うことができると言える。

誤解3：違いラインが非常に近いに頼らなければならないと思います。差線を近接して保つ点は、ノイズに対する耐性を改善し、外部の世界からの電磁干渉を相殺するために、磁界の反対極性を利用するために、それらの結合を増加させること以上である。このアプローチはほとんどの場合非常に有利ですが、それは絶対ではありません。彼らが外部干渉から完全に遮蔽されることができるならば、我々はもう互いとの強いカップリングを通して反干渉とEMI抑制の目的を成し遂げる必要はありません。差動ルーティングが良い分離と遮蔽を持つことを確実にする方法？ラインと他のシグナルの間の距離を増やすことは、最も基本的な方法のうちの1つです。電磁界のエネルギーは距離の二乗関係で減少する。一般的に、ライン間の距離がライン幅の4倍以上になると、それらの干渉は極めて弱く、基本的に無視できる。加えて、接地面を通る絶縁も良好な遮蔽効果を果たすことができ、この構造は高周波（10 G以上）のICパッケージPCB設計（CPW構造として知られている）で使用され、厳密な差動インピーダンス制御（2 Z 0）を確実にすることができる。

蛇行

蛇行線はしばしばレイアウトで使われる。その主な目的は、時間遅延を調整し、システムのタイミング設計の要件を満たすことです。デザイナーは最初に蛇行線が信号品質を破壊し、伝送遅延を変えることを理解しなければならず、配線時には避けなければならない。しかし、実際の設計では、信号の十分なホールド時間を確保するため、または同じグループの信号間の時間オフセットを低減するために、巻線を意図的に実行しなければならない。では蛇行は何を伝えるのか？どのようなときにラインを歩いて注意を払う必要がありますか？つの最も重要なパラメータは、図1〜図8に示すように、平行結合長（LP）と結合距離（S）である。明らかに、信号が蛇行線で伝送されるとき、差モードの形で平行線セグメント間の結合がある。Sが小さいほど、Lpが大きくなり、結合度が大きくなる。これは、共通モードおよび差動モードクロストークの解析のために、第3章で説明したように、クロストークに起因する伝送遅延の低下と信号品質の有意な減少をもたらす。ここでは、蛇行に対処する際のレイアウトエンジニアのいくつかのヒントを示します。

1 .パラレルラインセグメントの距離をできるだけ増やす。Hは信号線と基準平面との距離を示す。一般的に言えば、大きなカーブを取ることです。sが十分に大きい限り、結合効果はほぼ完全に回避することができる。

結合長Lpを小さくする。LPの遅延が信号立ち上がり時間に近づくか、または超えると、生成されるクロストークは飽和に達する。

（3）ストリップ線路や埋め込みマイクロストリップの蛇行線による信号伝達遅延はマイクロストリップよりも小さい。理論的には、リボンモードは、差動モードクロストークにより伝送レートに影響を与えない。

タイミングに厳しい要求を持つ高速で信号線については、特に小さな領域では蛇行線を走らないようにしてください。

5 .しばしば蛇行の任意の角度を使用することができ、効果的に互いの間のカップリングを減らすことができます。

高速PCB設計において、蛇行はいわゆるフィルタリングまたは干渉防止能力を有しない、そして、信号品質を減らすことができるだけである。

7 .巻線のためにスパイラルルーティングを考えられることもあります。シミュレーションは，その効果が通常の蛇行経路より優れていることを示している。