PCBブログ - PCBレイアウトと配線の基本ルール

PCB, 別名 プリント回路基板, 電子部品間の回路接続と機能実現を実現, また、電源回路設計の重要な部分でもある. 今日, 本稿は、PCBレイアウトと配線の基本的なルールを紹介する.

1. Basic Rules of Component Layout
1. 回路モジュールによるレイアウト, 同じ機能を実現する関連回路をモジュールと呼ぶ, 回路モジュールの構成要素は、近傍の濃度の原理を採用すべきである, and the digital circuit and the analog circuit should be separated;
2. コンポーネントとデバイスをマウントしないでください.位置決め穴と標準穴などの非取付穴の周り27 mm, でコンポーネントをマウントしない.5mm (for M2.5) and 4mm (for M3) around mounting holes such as screws;
3. 水平に取り付けられた抵抗器のような部品の下にビアを置くのを避ける, inductors (plug-ins), and electrolytic コンデンサ to avoid short circuits between the ヴィアス and the component shell after wave soldering;
4. The distance between the outside of the component and the edge of the board is 5mm;
5. The distance between the outside of the pad of the mounted component and the outside of the adjacent component is greater than 2mm;
6. Metal shell components and metal parts (shielding boxes, etc.) cannot touch other components, と印刷ラインとパッドに近いことができない, 間隔は2 mmより大きくなければならない. 位置決め穴の大きさ, ファスナー取付穴, elliptical holes and other square holes in the plate is greater than 3mm from the edge of the plate;
7. The heating element cannot be close to the wire and the thermal element; the high-heating element should be evenly distributed;
8. 電源ソケットは、できるだけ印刷ボードの周りに配置する必要があります, そして、電源ソケットに接続されるバスバー端末は、同じ側に配置されなければならない. 特別な注意は、コネクタの間でパワーソケットと他のはんだ付けされたコネクタを手配しないようにされなければなりません, これらのソケットおよびコネクタのはんだ付けを容易にするために, 電源ケーブルの設計と結線. The arrangement spacing of power sockets and welding connectors should be considered to facilitate the insertion and removal of power plugs;
9. 他のコンポーネントの配置：すべてのICコンポーネントは片側に配置されます, 極性成分は明確にマークされる, そして、同じプリント基板上の極性マーキングは、2つ以上の方向. 2つの方向が現れるとき, 2方向は垂直である. ;
10. 基板上の配線は適切に密でなければならない. 密度の差が大きすぎるとき, それは、メッシュ銅箔で満たされなければなりません, and the mesh should be greater than 8mil (or 0.2mm);
11. パッチパッドに貫通孔はない, はんだペーストの損失を回避し、部品をはんだ付けする. Important シグナル lines are not allowed to pass between the socket pins;
12. パッチは一方的に整列している, 文字方向は同じです, and the packaging direction is the same;
13. 極性を持つデバイス, 同一ボード上の極性マーキングの方向は、可能な限り一貫しているべきである.

2. Component wiring rules
In the area where the wiring area is ≤1mm from the edge of the PCB, そして、取付穴のあたりの1 mm以内で, 配線を禁止2. The power line should be as wide as possible and should not be less than 18mil; the signal line width should not be less than 12mil; cpu The incoming and outgoing lines should not be less than 10mil (or 8mil); the line spacing should not be less than 10mil; 3, 通常のバイアホールは30 mil未満ではならない4, デュアルインライン：パッド60ミル, aperture 40mil; 55mil (0805 surface mount); 62mil pad, 42mil aperture when plugged directly; electrodeless capacitor: 51*55mil (0805 surface mount); 50mil pad, 28 mil開口部が直接接続5. 電源コードと接地線は、可能な限り放射状になければならないことに注意してください, とシグナルラインがループバックを持つことができない.

2.1 The following systems should pay special attention to anti-electromagnetic interference:
(1) The microcontroller clock frequency is particularly high, バスサイクルは特に速い.
(2) The system contains high-power, 高電流駆動回路, 火花発電リレーなど, 高電流スイッチ, etc.
(3) A system with a weak analog signal circuit and a high-precision A/変換回路.

2.2システムの反電磁干渉能力を増加させること, take the following measures:
(1) Select a microcontroller with low frequency: Selecting a microcontroller with low external clock frequency can effectively reduce ノイズ and improve the anti-interference ability of the system. 方形波と同じ周波数の正弦波, 方形波の高周波成分は正弦波よりずっと多い. 振幅は 高周波 方形波の成分は基本波の成分よりも小さい, 周波数が高い, 簡単にノイズ源として放出することです. 影響力 高周波 マイクロコントローラによって生成されるノイズは、クロック周波数の約3倍である.

（2）信号伝送の歪みを低減するために，高速cmos技術で主にマイクロコントローラを製造する。信号入力端子の静的入力電流は約1 mAであり、入力容量は約10 pFであり、入力インピーダンスはかなり高く、高速CMOS回路の出力端子はかなりの負荷容量、すなわちかなりの出力値を有する。この反射問題は、入力端に比較的高い入力インピーダンスで長い線が導かれたときに非常に深刻であり、信号歪みを生じ、システムノイズを増加させる。tpd＞trの場合，伝送線路問題となり，信号反射やインピーダンス整合などの問題を考慮する必要がある。プリント回路基板上の信号の遅延時間は、リード線の特性インピーダンス、すなわちプリント回路基板材料の誘電率に関連する。プリント基板リード上の信号の伝送速度は、光の速度の1／3〜1／2であると大まかに考えられる。マイクロコントローラで構成されるシステムの一般的な使用される論理電話要素のtr（標準遅延時間）は3〜18 nsである。プリント基板上では、7 Wの抵抗器と25 cm長のリード線を通過し、オンライン遅延時間は約4〜20 nsである。すなわち、プリント回路上の信号が短くなり、より長くなり、長さが25 cmを超えてはならない。そして、バイアの数は、可能な限り小さく、2以上のはずです。信号の立ち上がり時間が信号の遅延時間より速いときには、高速エレクトロニクスに従って処理される。このとき、伝送線路のインピーダンス整合を考慮する必要がある。プリント基板上の集積ブロック間の信号伝送にはtd＞trdの状況を避ける必要がある。プリント回路基板が大きくなればなるほど、システムの速度が速くなりすぎる。プリント回路基板設計のための親指のルールは、以下の結論によって要約される。プリント回路基板上の信号伝送の遅延時間は、使用されるデバイスの公称遅延時間より大きくなければならない。

(3) Reduce the interference between signal lines:
A step signal with a rise time of Tr at point A is transmitted to terminal B through lead AB. ABライン上の信号の遅延時間はtdである. アットポイント, 点Aの信号の順方向送信のために, B点に到達した後の信号の反射とAB線の遅延, TDの幅を有するページパルス信号はTD時間後に誘導される. ポイントCで, ABの信号の透過と反射のために, ABライン上の信号の遅延時間の2倍の幅を有する正のパルス信号, それで, 2 TD, 誘発される. これは信号間の交差干渉です. 干渉信号の強度はdiに関連する/点Cの信号のAT, そして、線の間の距離に関係している. つの信号線があまり長くないとき, ABで実際に見られることは2つのパルスの重ね合わせです. CMOSプロセスにより製造されたマイクロコントローラは高い入力インピーダンスを有する, ハイノイズ, 高耐雑音性. ディジタル回路は100〜200 mvの雑音で重畳され，その仕事に影響しない. 図のAB線がアナログ信号である場合, この種の干渉は耐えがたい. 例えば, プリント回路基板が4層板の場合, その中の1つは大面積地である, または両面板, 信号線の逆側が大面積グラウンドであるとき, このような信号間のクロス干渉は小さくなる. 理由は、グランドの大面積が信号線の特性インピーダンスを低下させるということである, そして、D端子での信号の反射が大幅に減少する. 特性インピーダンスは、信号線と接地の間の媒体の誘電率の二乗に反比例する, また、媒体の厚さの自然対数に比例する. AB線がアナログ信号であるならば, デジタル回路信号線CDのABへの干渉を避けるために, AB線の下には大きな面積があるはずです, そして、AB線からCDラインまでの距離は、AB線と地面の間の距離の2 ~ 3倍より大きくなければなりません. 部分遮蔽, そして、リード線を有する側のリード線の左側および右側の上に、グランドワイヤは、配置される.

(4) Reduce the noise from the power supply While supplying energy to the system, 電源はまた、供給された電源にノイズを加える. リセットライン, 割り込みライン, そして、回路のマイクロコントローラの他の制御線は、外部ノイズによって、容易に妨げられる. 送電線の強い擾乱は電源を通して回路に入る, そして、バッテリーで動くシステムでさえ, 電池自体が 高周波 noise. アナログ回路のアナログ信号は、電源からの干渉に対してより耐性がある.

(5) Pay attention to the 高周波 プリント配線板・部品の特性. 高周波の場合, リード, vias, 抵抗器, capacitors, そして、プリント回路基板上のコネクタの分布インダクタンスおよびキャパシタンスは無視できない. コンデンサの分布インダクタンスは無視できない, そして、インダクタの分布キャパシタンスは無視できない. その抵抗は 高周波 signal, そして、リードの分布静電容量は働きます. 長さが1より大きいとき/ノイズ周波数の対応する波長の20, アンテナ効果が発生する, そして、雑音はリードを通して放出されるでしょう. プリント回路基板のビアは、約0の静電容量を引き起こす.6 PF. 集積回路自体のパッケージング材料は、2～6 pFのキャパシタンスを導入する. 回路基板上のコネクタは、520 nhの分散インダクタンスを有する. ストレートストレート24ピン集積回路ホルダー, 4～18 nHの分布インダクタンスを導入する. これらの小さな分布パラメータは、より低い周波数のマイクロコントローラシステムのこのラインに対しては無視できる高速システムに特別な注意を払わねばならない.

(6) The arrangement of components should be reasonably partitioned. プリント基板上に配置される部品の位置は、電磁干渉に対して十分に考慮されるべきである. つの原則は、コンポーネント間のリードは、できるだけ短いはずです. レイアウト内, アナログ信号部分, 高速ディジタル回路部品, and the noise source part (such as relays, 高電流スイッチ, etc.) should be reasonably separated, それらの間の信号が互いに結合されるように. プリント回路基板の接地線を取扱う, 電力線と接地線は重要である. 電磁妨害を克服する, 主な手段は接地です. 両面パネル用, 接地線レイアウトは非常に特別である. シングルポイント接地方式の採用, 電源及びグランドは電源の両端からプリント回路基板に接続される, 電源のための1つの接触と地面のための1つの接触で. プリント回路基板上, 多重戻り接地線がなければならない, そして、これらはリターン電源の接点に集められるでしょう, いわゆるシングルポイント接地. アナロググラウンドのいわゆる分離, デジタルグラウンド, そして、高出力デバイスグラウンドは、配線が分離されることを意味する, そして、それらのすべてが一緒にこの接地点に持って来る. プリント回路基板以外の信号に接続する場合, シールドケーブルは通常使用される. 高周波・ディジタル信号用, シールドケーブルは両端に接地されている. 低周波アナログ信号用シールドケーブルは、一端に接地されるべきである. 特に雑音、干渉または回路に非常に敏感である回路 高周波 PCBボード ノイズは金属製のカバーでシールドする必要があります.