PCBニュース - 回路基板設計の合理的な配線を手配する方法

PCBボード 配線は芸術と言える. 優れた回路基板設計はすべての局面を考慮しなければならない, 回路原理と機能の実現を含むこと, EMIの電気的特性も考慮する, EMC, 静電気, シグナル完全性, etc., 高出力チップの機械的構造と放熱性とともに. 次に、回路基板の美学を考える. これはまた、PCBコピーボード業界で重要です.

前に探索する学習を開始する PCBレイアウト, あなたは様々なルールを参照してください PCBレイアウト 参考図書. 多くの規則がある範囲に同じ意味を持つかもしれないけれども, 彼らは違う. 実際のレイアウトの練習にはさまざまな感情がある, そして、ルールの間の衝突さえあります. 例えば、ルール1は、信号伝送路ができるだけ短いということです, そして、第2の規則は、高周波配線においてインピーダンス整合が必要であるということである.

DDRメモリバスのレイアウトを考慮すると、SOPパッケージ化されたメモリチップが全てのトラックに対してルール1を実装することは不可能である。正しいアプローチは、インピーダンス整合の全体的な考慮条件の下で、比較的短期間にすべてのトラックを実装することである。したがって、実際の配線の規則の間の不一致は、読者に意識的に、そして、効果的に配線プロセスのこれらの規則を使用して、あらゆる種類の疑いを生じさせて、損失の一般的な規則のこの種または種類にも落ちる。これは、様々な配線規則が指針であることを強調する必要があり、実際の配線プロセスは、最大の効果を達成するために連続妥協と組み合わせるべきである。私は、あなたが意識的に実際の配線でこれらの規則に注意を払う限り、それは多かれ少なかれ配線の影響を助けるでしょう。

システム全体の観点から、各モジュール信号の性質を解析して、システム全体の位置を決定し、レイアウトとルーティングにおけるモジュールの優先度を決定するためには、実際の配線プロセスを必要とするシステム全体に大きな意味があり、各モジュールの特定の処理が優先される。

一般的なレイアウト規則は、モジュールがアナログ回路であるかデジタル回路であるかを識別する必要がある。したがって、モジュールの属性、機能、電源、特定の信号周波数、電流の流れ、電流強度などのレイアウト前の各モジュール信号の特性を、PCBボード上のモジュールのレイアウトを決定するために注意深く分析する必要がある。通常、機械的構造が決定されるとき、複雑系はN個の異なるレイアウト方法を有する。

デジタルモジュールでは、SDRAMのクロックなどのクロックがあり、クロック回路はEMCに影響する主な要因である。集積回路の大部分のノイズは、クロック周波数およびその倍数高調波に関連する。クロック信号が正弦波状であれば、正しく処理されない場合には、この周波数の干渉源、またはこの周波数の倍数の誤差をシステムに与える。クロック信号が方形波の場合は、システムにノイズを与える。分散周波数干渉源同時に、クロックはまだ干渉を受けやすい信号である。クロックが妨害されるならば、デジタルシステムへの影響は想像されることができます。したがって、クロック回路モジュールはキーモジュールであり、レイアウト及びルーティングプロセスにおいて様々なルールが優先される。

また、多くの組み込みハードウェアシステムには様々な割り込みモジュールが存在する。割り込みトリガーは、レベルトリガとエッジトリガを含みます。一旦立ち上がりエッジトリガが設定された割り込みが発生した場合は、外部の干渉のために継続的にトリガされました。

つの簡単な回路レイアウトをこの原理に従って解析する。携帯電話のハードウエアプラットフォームでは，異なるパルス幅のpwm信号を用いて表示画面の輝度回路を実現し，異なるバックライト電圧を確立するrc積分回路を実現した。クロックと比較して、PWM信号はある意味でシステム全体のEMIに同じ効果を有する。しかし、いくつか慎重に分析するならば、ICのPWM信号がPCBボード上で送信される前に最短経路でアナログレベルを確立するならば、すなわち、抵抗およびキャパシタンスは、PWMに可能な限り近いものであることを知るべきである。ピン配置は、システムへのPWMの干渉を最小限に抑えることができます。携帯電話用ハードウェアプラットフォームの設計では、RF部とオーディオ部がシステムのコアであり、これら2つの部分の配線は絶対的なコア位置を占め、配線時に優先位置に置かれる。したがって、実際のレイアウトおよびルーティングにおいては、これら2つのモジュールの信号線は、中間層で別々にレイアウトされ、電力層と接地層は隣接する層においてそれを遮蔽するために使用され、他のモジュールは、これらの2つのモジュールから可能な限り遠くに干渉を回避するためにある。加えて、そのような詳細を考慮するようにしてください：非常に小さいマイク入力によるオーディオ信号は、オーディオADCに入力される前にある程度まで増幅される必要があります。我々は、抽象的な意味でのチャネル伝送信号対雑音比がシステムに対する雑音の影響の尺度であることを知っている。オーディオ信号が増幅され、オーディオ信号が増幅された後にオーディオ信号がチャンネルに入る前に、それはクロスリファレンスされることができる、小さい雑音はチャンネルを横断する。このチャネルのパスが強い干渉源を持つ領域を通過できない場合、送信前にオーディオ信号を増幅することを推奨する。

例えば, 複雑なシステムのバスは通常、装置のタイプに接続されます. 例えば, I 2 Cバスは127スレーブデバイスに接続することができます. いくつかのセットトップボックスハードウェアプラットフォームで, 復調器, チューナー, とE 2 PROMは通常接続されて. これはまた、異なるデバイスがバスを共有する周波数で区別されることを必要とする, そして、使用頻度の高い装置は、比較的重要な位置に置かれるべきである. 例えば, 上記のQAMI 5516プラットフォーム上のEMIインタフェースはSDRAMとフラッシュデバイスの両方を使用する. システムの理解に基づいて, SDRAMは、リアルタイムオペレーティングシステムの実行中のコードを置きます, フラッシュは記憶媒体として使用される. ソフトウェアシステムの操作中, SDRAMはフラッシュよりも読み出しおよび書き込み動作が多い, だから、配線プロセスを最初に行う必要があります. SDRAMの位置を考慮する.

モジュール化と構造化のアイデアはハードウェア原理設計に反映されるだけでなく、レイアウトとルーティング効果にも反映される。今日のハードウェアプラットフォームはますます統合され、システムはますます複雑になってきている。当然のことながら、ハードウェアの概略図である。pcbレイアウトの設計では，モジュール化され，構造化された設計法が使用されている。あなたが大規模なFPGAやCPLDにさらされている場合は、複雑なICSのデザインは必然的にトップダウンモジュラー設計方法を必要とすることを知っている。したがって、ハードウェアエンジニアとして、システムの全体的なアーキテクチャを理解する前提では、まず意識的に回路図とPCB配線設計にモジュール設計思想を組み込むべきです。例えば、デジタルTVセットトップBOX - QAMI 5516のハードウェアプラットホームのメインICは以下のモジュールを持っています

トランスポートストリーム処理ユニット表示：MPEG - 2デコード、表示処理装置復調器：QAM復調器メモリインタフェース：異なるアプリケーションシステムSTBUSによって必要とされる異なるメモリインターフェース：各モジュール周辺機器のデータ通信バス：UART、SmartCard、IIC、GPIO、ビデオ出力インタフェースQAMI 5516のモジュラ設計プロセスは必ずしもハードウェアエンジニアにシステムのすべての局面を理解する必要はありません、しかし、ハードウェアプラットホームを設計するとき、実際のアプリケーションで使われる異なるICモジュールのインタフェース部分がサブシステムとみなされることを必然的に必要とします。処理：例えば、オーディオ回路及びビデオ回路は、レイアウト及び配線の間、領域全体で実行されるべきである。そうすることは、ICモジュール設計のアイデアを続けるだけでなく、必要に応じてPCBボードの物理的分離を容易にし、異なるモジュール間の電気的結合を減らし、システム全体のデバッグを容易にする。ハードウェアデバッグをチェックするのが最も簡単であることを知っています。回路原理設計のエラーに対処する方法は、「頭と足を扱う」、すなわち上記のQAMI 5516プラットフォームでは、回路のオーディオ部分に問題がある場合は、オーディオモジュールをチェックして確認することです。

モジュール化の考え方もシステムバスの配線に反映される。通常、バスは、3つのタイプに分けられる。例えば、上記のQAMI 5516におけるSMIは、100 MHzの動作周波数を有する16 MのSDRAMを使用しており、これは配線の間にインピーダンス整合を考慮するために、このグループのバスを全体に統一する必要がある。実際の配線工程では、これらの配線を疎開することはできない。

モジュール化のアイデアは、PCBボードのレイアウトにも役立ちます。

モジュール化のアイデアはまた、ハードウェアシステムの機能の拡張または変更にも役立ちます。

（3）電源の完全性に着目し、レイアウト及び配線における電源及び接地線の処理を優先する。どんな電子システムにおいても、システム上の干渉源の干渉は、2つの方法だけです。カップリング.低周波システムでは、主に最初のパスです。高周波システムでは、干渉の原因のかなりの部分が導体を透過する。その中で、ICによって生成されたノイズが、電力および接地を通じてシステム全体と干渉することは、より明白である。したがって、電源の品質または電源の品質は、システム全体の干渉防止能力にとって極めて重要である。電力の完全性は、実際には信号の完全性の一部であるが、すべてのシステムに対する電力の重要性を考慮して、ここでは別途列挙する。これは実際のシステムでは容易ではない。システム内のさまざまな周波数のノイズが常にあります。回路設計およびPCBレイアウトおよびルーティングにおいて、それはさまざまな周波数のノイズを減らすのを試みるだけである。そして、それによって、システムのアンチノイズの全体的なパフォーマンスを改良する。同時に、複雑なシステムでは、システムのノイズを低減することは、1つまたは2つのコンデンサの値を変更することではなく、電源フィルタリング効果の蓄積に注意を払うことである。携帯電話のハードウェア設計では、各モジュールに電力を供給し、供給するために専用のPMUがあるが、PMUはすべてVbatからである。感度のよいオーディオオペアンプの電源がフィルタリングされず、Vbatから直接取られた場合、またはSDRAMに電源を供給する回路と同様に、フィルタリングされず、デジタル回路のこの部分のスイッチングノイズがVbat全体を汚染することが許容される。何が結果ですか？

十分な注意がパワー完全性に支払われるならば、この部分はモジュール化と結合した後に扱うのが比較的簡単です、そして、各々のモジュールの慎重な分析は上記しました。IC電源Vccの通常のルールは、通常、バイパスコンデンサおよびデカップリングコンデンサによって取り扱われ、基板をレイアウトするときにこれらのコンデンサをICの電源入力に近づけるようにしようとする。あなたが厳しいシステムにいるならば、あなたは異なる敏感な周波数のためにLCCL回路を使うこともできます（インダクタまたは磁気ビーズを直列に接続してください、そして、電解コンデンサと陶器コンデンサとそれから直列に小さい誘導子）。私は以前は複雑なシステムを作っていた。システムの復調器のコア電源にバイパスコンデンサがないので、復調後の復調器のビット誤り率は耐え難い。システム内の様々なGNDSの処理には、一般的に電流の戻り経路を解析する必要がある。電流は常に最小インピーダンスで帰還路を選択する特性を有する。これは、PCB配線に「銅配線」のパターンがあるという事実によって理解できる、コア原理である。ネットワークGNDには「舗装銅」がよく用いられる。すべてのデジタル信号は、最も基本的なゲートレベル回路に抽象化されることができる。GNDは信号戻り経路の一部でもある。GNDは、「敷設銅」によって信号経路上の全インピーダンスを小さくすることである。「近接接地」と「接地インピーダンスの最小化」もまたそのような考慮に基づいている。

以上が回路基板設計における合理的配線の導入である. IPCBはまた、PCBメーカーや PCB製造技術.