PCBニュース - 電磁両立性に基づくPCB設計

0序文

PCBは英語でプリント回路基板の略です. 一般に, プリント回路の導電パターン, 印刷された部品、または、所定の設計に従って両方の絶縁材料の組み合わせを印刷回路と称する. 絶縁基板上のコンポーネント間の電気的接続を提供する導電パターンは、プリント回路と呼ばれる. このように, プリント回路またはプリント回路の完成したボードをプリント回路板と称する, プリント回路基板やプリント配線板とも呼ばれる. PCBボード ほとんどすべての電子機器から分離できない, 電子時計から, 計算機, 汎用コンピュータ, コンピューターに, 通信電子機器, 航空, 航空宇宙, 軍事兵器システム, 集積回路などの電子部品がある限り. デバイスとそれらの電気的相互接続, その性能は電子機器の品質に直接関係している. 電子技術の急速な発展, 電子製品はますます高速になってきている, 高感度, 高密度. This trend has led to serious electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference problems in PCB circuit board design. 電磁両立性設計は、2000年に急に解決される技術的な問題になりました PCB設計.

1電磁両立性

電磁両立性（電磁両立性、短いEMC）は、電磁干渉と干渉防止問題を主に研究する新興総合分野です。電磁的両立性とは、電子機器またはシステムが、特定の電磁環境レベルでの電磁干渉による性能指標を低下させず、それらによって発生する電磁放射線が制限された限界レベル以下であり、他のシステムの正常な動作に影響しないことを意味する。そして、装置と装置、システムとシステムの間の非干渉のゴールを達成して、確実に一緒に働いてください。電磁干渉（EMI）は、結合経路を介してエネルギーを敏感なシステムに伝達する電磁干渉源に起因する。それは、3つの基本的な形を含みます：ワイヤーと一般の地面ワイヤーによる伝導とスペース放射線または近接場カップリング。回路図が正しく設計されていても，プリント回路基板が正しく設計されていなくても，電子機器の信頼性に悪影響を及ぼすことを実証した。したがって、プリント回路基板の電磁両立性を確保することは、システム全体の設計のキーである。

1.1電磁干渉（EMI）

EMI問題が発生すると、干渉源、伝搬経路および受信機の3つの要素で記述する必要がある。

したがって、電磁干渉を減らしたいなら、これらの3つの要素の解決策を考えなければなりません。プリント配線板の配線技術を中心に論じた。

2プリント配線板の配線技術

良いプリント回路基板（PCB）配線は、電磁両立性における非常に重要な要因である。

PCBの基本特性

pcbは垂直スタック上の一連のラミネーション，配線及びプリプレグ処理で構成される。多層PCBにおいて、設計者はデバッグを容易にするために最も外側の層上の信号線をレイアウトする。

PCB上の配線は、インピーダンス、キャパシタンスおよびインダクタンス特性を有する。

インピーダンス：配線のインピーダンスは、銅の重量および断面積によって決定される。例えば、1オンスの銅は、単位面積当たりのO . 49 mの角度/インピーダンスを有する。キャパシタンス：配線のキャパシタンスは、絶縁体（EOER）、電流（A）の到達範囲、および線間隔（H）によって決定される。C＝EOERA／Hとして式で表されるEOは自由空間（8.854 pf／m）の誘電率であり、ERはPCB基板の相対誘電率（FR 4圧延で4.7）である。

インダクタンス：配線のインダクタンスは配線に均一に分布し、1 nH／m程度である。

1オンスの銅線では、25 mm（10ミル）厚のFR 4圧延の場合には、0.5 mm（20ミル）幅と20 mm（800 mil）の接地層の上の長いワイヤが、9.8 mの奇数インピーダンス、20 nHのインダクタンス、および1.66 pFのカップリングキャパシタンスを接地とすることができる。これらの値をコンポーネントの寄生効果と比較すると、これらは無視できるが、全ての配線の合計は寄生効果を超える可能性がある。したがって、設計者はこれを考慮しなければならない。PCB配線の一般的指針

（1）容量結合のクロストークを低減するために、トレースの間隔を大きくすること。

（2）PCBの容量を最適化するために、電力線及び接地線を並列に配置する。

( 3 )高周波電力線から離れた高周波線を高感度にする

（4）電力線及び接地線を広くして、電力線及び接地線のインピーダンスを低減する。

2.2分割

セグメンテーションは、特に電力線および接地線を通じて、異なるタイプのライン間の結合を低減するために物理的なセグメンテーションの使用を意味する。

分割手法を用いて4種類の回路を分割する例を示す。グランドプレーンでは、4つのグランドプレーンを分離するために非金属トレンチが使用される。LおよびCは、ボードの各部分のフィルタとして使用されます。異なる回路のパワープレーン間のカップリングを減らす。それらのより高い瞬時電力需要のために、高速デジタル回路は電力入口に置かれる必要がある。インターフェース回路は、静電放電（ESD）および過渡抑制デバイスまたは回路を必要とすることができる。LとCについては、LとCの異なる値を使用する方が、より大きなLおよびCではなく、異なる回路に対して異なるフィルタリング特性を提供することができるので、より良い。

2.3ローカル電源とICの間の2.3のデカップリング

局部デカップリングは、電源の本線に沿った雑音伝搬を減らすことができる。電力入力ポートとPCBとの間に接続された大容量バイパスコンデンサは、低周波数リップルフィルタとして機能し、また、突然の電力需要を満たす潜在的な貯蔵器として機能する。さらに、各ICの電源とグランドとの間にコンデンサをデカップリングする必要がある。これらのデカップリングコンデンサはピンに可能な限り近くなければならない。これは、ICのスイッチングノイズを除去するのに役立つ。

2.4接地技術

両方に接地技術を適用する 多層PCBと 単層PCB. 接地技術の目標は接地インピーダンスを最小化することである, これにより、回路から電源への接地ループの電位を低減する.

(1) Ground wire of 単層PCB

単層（片面）のPCBでは、接地線の幅はできるだけ広くなければならず、少なくとも1.5 mm（60ミル）でなければならない。単層PCB上にスター配線を実装することができないため、ジャンパー及び接地線幅の変化を最小限に抑える必要がある。

2）2層PCBの接地線

In the double-layer (double-sided) PCB, グランドグリッド/デジタル回路にはドットマトリクス配線が好ましい. この配線方法は接地インピーダンスを低減できる, 接地ループと信号ループ. Aのように 単層PCB, グランドおよび電源ラインの幅は、少なくとも1でなければならない.5 mm. もう一つのレイアウトは、一方の側にグランドプレーンを置き、もう一方の側に信号と電力線を置くことです. この配置で, 接地ループおよびインピーダンスはさらに低減される, デカップリングコンデンサは、IC電源線と接地層との間に可能な限り近接して配置することができる.

保護リング

保護リングは、リングの外側で雑音環境（例えば高周波電流）を分離できる接地技術である。これは通常動作時には保護リングに電流が流れないためである。

PCB容量

で 多層板, PCB静電容量は、電源表層およびグランドを切り離している薄い絶縁層により生成される. 単層板上, 電力線および接地線の並列配置は、この容量効果も引き起こす. PCBコンデンサの1つの利点は、それが非常に高い周波数応答を有するということであり、低直列インダクタンスは、全体の表面又は全体のラインに均一に分布する. ボード全体に均等に分配されるデカップリングコンデンサに相当する. 単一の離散コンポーネントはこの機能を持っていません.

高速回路及び低速回路

高速回路をグランドプレーンに近づけ、低速回路をパワープレーンに近づける必要がある。

（6）地面の銅充填

いくつかのアナログ回路において、使用されない回路基板領域は、遮蔽を提供して、デカップリング能力を増やすために大きいグランドプレーンによって、カバーされる。しかし、銅の領域が停止（例えば、それは地面に接続されていない）場合、それはアンテナとして振る舞うことがあり、電磁両立性問題を引き起こす。

(7) Ground plane and power plane in 多層PCB

イン 多層PCB, 基板全体に大きなPCBキャパシタンスを発生させるために、隣接する層にパワープレーンおよびグランドプレーンをできるだけ近接させることが推奨される. 最速の臨界信号はグランドプレーンの一方の側に近くなければならない, そして、非臨界信号はパワープレーンの近くに置かれるべきです.

（8）要求事項

回路が1つ以上の電源を必要とするときに、各々の電源を切り離すために接地を使用する。しかし、単層PCBで複数の点を接地することは不可能である。つの解決策は、電源コードおよび接地線を他の電源コードおよび接地線からの1つの電源から分離することである。これはまた、電源間のノイズ結合を回避するのに役立つ。

3結論のコメント

本明細書で紹介される種々の方法及び技術は、PCBのEMC特性を改善するために有効である。もちろん、これらはEMCデザインの一部です。通常、反射ノイズ、放射ノイズ、および他のプロセスの技術的な問題に起因する干渉を考慮する必要があります。実際の設計では，設計の目標要件と設計条件に従って，良好なemc性能を有するpcb回路基板を設計するために，合理的な反電磁干渉対策を採用すべきである。