PCBブログ - PCB基板設計における高周波回路の特殊対策

理由 PCBボード デザインは、より高い要件を前方に置く近代的なエレクトロニクス産業の急速な発展と, ディジタルおよび高周波回路は高速の方向に発達している, 低消費量, 小さいサイズ, 高い干渉防止. Protel 99 SEデザインシステムは、Windows XPとWindows 2000プラットフォームの利点を完全に利用します, のための超強力なデザイン環境 PCBボード モジュールは、設計作業をより効率的にその設計要件を達成することを可能にする. 高周波回路に従事する設計者のために, これは、もはやルーティングレートの単純な要件ではない PCBボードs, しかし、デザイナーは、理論的な知識と豊富な経験を持っている必要があります PCBボード 回路の動作特性に基づく設計. そして、実際の作業環境とその設計を考慮する他の側面, こうすれば理想を作ることができる PCBボード. 本論文では、高周波回路のレイアウトと配線について述べる PCBボード デザイン, Protel 99 SEソフトウェアを例にとって, 高周波回路の対策と設計技術について PCBボード デザイン.

1. 高周波 PCBボード layout
Layout operation is very important in the entire PCBボード デザイン. レイアウトは配線操作の基礎です. 完全なコンポーネントレイアウトを達成するには, 設計者は、回路の動作特性とルーティングの観点からコンポーネントのレイアウトを考える必要がある. Protel 99 SEは自動レイアウトの機能を持ち、クラスタリングと統計的レイアウトの2つの機能を持つ, しかし高周波回路の動作要件を完全に満たすことはできない. デザイナーも、製造性を考慮する必要があります, 機械構造, 放熱, EMI of PCB (Electromagnetic interference), 信頼性, レイアウトの信号の完全性およびその他の局面は包括的に考慮される. こんな風にしか生きられない, 安定, EMC (electromagnetic compatibility) of the PCBボード 効果的に改善される, そして、レイアウトをより完璧にすることができます. 高周波回路のレイアウト, designers should first consider the layout of those components that are closely matched with the structure and fixed in position (such as power sockets, 指示灯, コネクタとスイッチ, etc.), そして、回路上の特殊なコンポーネントをレイアウト. (such as heating elements, 変圧器, チップ, etc.), いくつかの小さなデバイスをレイアウト. 同時に, 配線の要求を考慮に入れる, 高周波成分の配置は、できるだけコンパクトでなければならない, そして、信号線の配線は、できるだけ短くなければならない, 信号線の交差干渉をできるだけ少なくする.

1. Mechanical structure
Power sockets, 指示灯, コネクタとスイッチはすべてこのコンポーネントのコンポーネントに属する, すべての位置決めプラグインは、機械的な次元に関連している. 通常, 電源と電源のインターフェース PCBボード が PCBボード, との距離からの距離 PCBボード は一般に2 mm以下であるインジケータ発光ダイオードは、必要に応じて正確に配置されるべきであるスイッチといくつかの微調整部品, 調整可能なインダクタ, 調整可能な抵抗器, etc. は、 PCBボード 簡単な調整と接続；交換する必要のあるコンポーネントは、簡単に交換できるコンポーネントが少ない場所に配置する必要があります. 15 gを超える構成要素は、ブラケットで固定されなければならない, そして、大きくて重いコンポーネントは、PCBに直接置かれてはいけません.

2. Heat dissipation
High-power tubes, 変圧器, 高周波数で働くとき、整流器チューブと他の暖房装置は多くの熱を発生させます. 換気と放熱は、レイアウトにおいて完全に考慮すべきである. このような構成要素は PCBボード または換気された場所で. 加熱素子は基板の上部に置かなければならない, そして、加熱素子は、両面基板の底層に配置されるべきではない. ハイパワー整流器チューブと調整管はラジエーターを備えていて、変圧器から遠ざかるべきです. 熱を恐れている部品, 電解コンデンサなど, また、加熱装置から遠ざけるべきである, さもなければ、電解質は乾燥する, 増加した抵抗とパフォーマンスが悪い結果, これは回路の安定性に影響する.

3. Layout of special components
Due to the 50Hz leakage magnetic field generated inside the power supply equipment, それが低周波増幅器の一部と交差接続されるとき, 低周波増幅器に干渉する. したがって, 彼らは孤立しているか、または遮蔽されなければならない. 増幅器の全レベルは、回路図に従って直線に配置することができる. この構成の利点は、各レベルの接地電流が閉じられ、このレベルで流れることである, 他の回路の働きには影響しない. 入力段および出力段は、それらの間の寄生結合干渉を低減するために、できるだけ遠くでなければならない. 各ユニットの機能回路間の信号伝達関係を考える, 低周波回路及び高周波回路も分離しなければならない, そして、アナログ回路とデジタル回路は分離されなければならない. 集積回路は、図1の中心に配置されるべきである PCBボード, 各ピンと他のデバイス間の配線接続を容易にするために. インダクタおよび変圧器のような装置は、磁気結合を有し、磁気結合を減少させるために互いに直交するように配置されるべきである. 加えて, 彼らはすべて強い磁場を持っている, そして、他の回路への影響を減らすために、それらの周りに適切な大きなスペースまたは磁気遮蔽があるべきです.

4. Electromagnetic interference
Our commonly used methods to eliminate electromagnetic interference include reducing loops, フィルタリング, 遮蔽, 高周波デバイスの速度をできるだけ小さくする, の誘電率を増加させる PCBボード. 例えば, 集積回路のデカップリングコンデンサは、できるだけ近くに配置すべきである. 一般に, 0.1 UFコンデンサは10 MHz以下の動作周波数に使用される, と0.01 MHzのコンデンサは、10 MHz以上の動作周波数に使用される. ある部品やワイヤの間に高い電位差がある, そして、放電を避けるために、距離を増やす必要があります. 高電圧の部品は、デバッグ中に手で簡単にアクセスできない場所に配置する必要があります. 互いに干渉するのが簡単である部品は、あまりに接近してはいけません, そして、入力および出力コンポーネントは、フィードバック干渉を避けるために可能な限り遠くでなければならない. 高周波成分の分布パラメータを低減するために, generally placed nearby (irregularly arranged) general circuits (low-frequency circuits) should be arranged according to the rules, インストールと溶接に便利です.

2. 高周波 PCBボード wiring
High-frequency circuits tend to have high integration and high wiring density. 多層基板の使用は配線にのみ必要である, しかし、干渉を減らす効果的な手段. The PCBボード Protel 99 SEのシステムは32の信号層を提供できる, 16機械層およびはんだマスク層., はんだペースト層および70以上の作業層を選択するユーザー. 層の数の合理的な選択は非常に PCBボード, シールドを設定するには、中間層を最大限に活用することができます, 最寄りの接地を実現する, 効果的に寄生インダクタンスを減少させることができる, 信号の伝送長を効果的に短くすることができる, そして、信号間の干渉を大いに減らす. クロス干渉, etc. これらはすべて高周波回路の信頼性に有益である. また、4層板のノイズは、同一材料を用いた場合、両面基板の場合よりも20 dB低いことがわかった, しかし、層の数が高いほど, 製造工程が複雑化しコストが高い.

1. General principles of wiring
The wires between the pins of high-frequency circuit devices should be as short as possible, できるだけ多く曲がって. 電線はすべてまっすぐでなければならない, そして、鋭い曲がり角と鋭いコーナーは、できるだけ避けられるべきです. 順番が必要です, そして、アークまたは破線は遷移のために使われるべきです. この要求は、低周波回路内の鋼箔の固定強度を改善するためにのみ使用される, しかし、高周波回路においてこの要件を満たすことにより、高周波信号の外部発光および相互結合を低減することができる. 高周波回路配線, 水平および垂直の配線は、隣接したレイヤー. 同じ層の平行配線は避けられない, しかし、接地線の広い領域は、干渉を減らすためにPCBの裏側に置かれることができます. 常用両面板, 多くの層は、これを行うために介入パワープレーンを使用することができます.

2. Power and ground wiring
In order to prevent the ground resistance interference caused by the local current in the multi-level circuit, the circuits at all levels should be grounded at one point (or as concentrated as possible). 高周波回路が30 MHz以上であるとき, 小さな領域の大きな領域も接地されるべきである. 干渉に影響されやすいデバイス及びワイヤは、接地線12で囲まれることができる. 様々な信号トレースはループを形成できない, 接地線は電流ループを形成できない. 電力線および接地線は、近接している領域を最小にするために互いに近接していて、電磁干渉を低減する. 一般に, 配線, ワイヤ幅は12～80ミルである, 電力線は、一般的に20ミリメートル, そして、接地線は、一般に40ミル. できれば, 針金はできるだけ広い. アナログ接地線, デジタルグラウンドワイヤー, etc. パブリックグランドワイヤーに接続されています, 高周波チョークリンク. 高周波チョークリンクの実際のアセンブリにおいて, 中心穴にワイヤーを有する高周波フェライトビーズは、しばしば使われる. 回路模式図では一般的には表現されない, そして、結果として得られたネットワークテーブルはこのようなコンポーネントを含んでいない, そして、その存在は配線の間無視されるでしょう. この現実の観点から, それは、回路図のインダクタと見なされる. PCBコンポーネントライブラリ内の個別のコンポーネントパッケージを定義します, そして、手動でそれを配線の前に一般の接地接合部の近くに適当なポジションに動かす.

3. Wiring of integrated chips
A high-frequency decoupling capacitor should be set near each integrated circuit block. Protel 99 SEソフトウェアは、部品を自動的に配置するとき、デカップリングコンデンサとデカップル集積回路との間の位置関係を考慮しないので, つの間の距離があまりに遠くにあるように、ソフトウェアを配置してください, デカップリング効果は良くない. この時に, 2つの位置は事前にコンポーネントを手動で移動させることによって事前に介入する必要があります.

4. Copper coating
The main purpose of copper coating is to improve the anti-interference ability of the circuit, それと同時に, それは、熱の散逸に非常に有益です PCBボード との強さ PCBボード. 銅コーティングはまた、シールドの役割を果たすことができる. しかし, 大面積ストリップ銅箔は使用できない, 何故なら PCBボード 長すぎる, 大量の熱が発生する, そして、ストリップ銅箔は、膨張して、落ちる傾向があります. 銅箔, そして、回路の接地ネットワークにグリッドを接続する, グリッドがより良い遮蔽効果を持つように. グリッドのサイズは、遮蔽される干渉の周波数によって決定される.

3. Conclusion
The design process of high-frequency circuit PCBボード 複雑なプロセス. 上記のデザイン戦略に加えて, また、信号の整合性が含まれて, シグナル漏話を含むこと, どのようにノイズを抑制する. したがって, 設計者は考慮して設計する際に包括的な計画を持つ必要がある, 異なる方法およびテクニックは、設計の正確さを確実にするために設計サイクルの各々のステージで使われる, 合理的に設計する 高周波PCBボード 優れた性能で.