PCBブログ - 高速PCBボード設計伝送線路効果問題について

高速の過程 PCBボード デザイン, 伝送線効果のために, いくつかの信号完全性問題につながる. それに対処する方法? ここであなたと共有する4点です。

1 .厳密に鍵ネットワークケーブルの長さを制御する

設計に高速遷移エッジが存在する場合，pcbへの伝送線路効果の問題を考慮しなければならない。この問題は、今日一般的に使用される非常に高いクロック周波数を有する高速集積回路チップにおいてさらに存在する。この問題を解決するためのいくつかの基本的な原理がある。50 MHzの動作周波数、配線長は1.5インチ以下であるべきです。動作周波数が75 MHzに達しているか、または超えるならば、配線長は1インチ以内でなければなりません。GaAsチップの配線長は0.3インチである。この規格を超えると伝送線路に問題がある。

2 .トレースのトポロジーを合理的に計画する

伝送線効果に対処するもう一つの方法は、正しいルーティング・パスと終了トポロジーを選ぶことです。配線のトポロジーは、ネットワークケーブルの配線シーケンスや配線構造を指す。高速論理デバイスを使用する場合、トレース分岐長が短い場合を除き、信号トランクトレース上の分岐トレースによって、エッジを急速に変化させる信号が歪んでしまう。通常の状況下では、2つの基本的なトポロジーがPCBルーティング、すなわちデイジーチェーンルーティングとスターディストリビューションに使用されます。デイジーチェーン配線は、ドライバから配線が始まり、順次受信機に向かう。直列抵抗を使用して信号特性を変化させる場合、直列抵抗器は駆動端子の近くに配置されるべきである。配線の高次高調波干渉を抑制する観点から、デイジーチェーン配線効果は非常に良好である。しかし、このルーティング方法のルーティングレートは100 %ルーティングには容易ではない。実際の設計においては，デイジーチェーン配線の分岐長をできるだけ短くし，安全な長さの値を設定する必要がある。配線は非常に難しい。autorouterを使用する方法は、星の配線を達成することです。各分岐には終端抵抗が必要です。終端抵抗器の値は、接続の特性インピーダンスに一致しなければならない。これは、特性インピーダンス値と終端整合抵抗値を計算するために、手またはCADツールによって計算することができる。簡単な終端抵抗器を上記の2つの例で使用したが、実際には、より複雑に整合した終端を使用することができた。つのオプションはRCマッチング終了です。RCマッチング端末は、電力消費を低減することができるが、信号の動作が比較的安定した場合にのみ使用することができる。この方法はクロックライン信号の整合に適している。欠点は、RCマッチング終端のキャパシタンスが信号の形状及び速度に影響を及ぼすことである。直列抵抗整合終端は、追加の電力散逸を生成しないが、信号の伝送を遅くする。この方法は時間遅れがほとんどないバス駆動回路に用いられる。直列抵抗整合終端の利点は、使用される部品の数および基板上の配線密度を低減できることである。つの方法はマッチング端末を分離することであり、マッチング端末は受信端の近くに配置する必要がある。利点は、信号をプルダウンしないことであり、ノイズは良好に回避される。典型的には、TTL入力信号（ACT、HCT、高速）に使用されます。また、端子整合抵抗のパッケージタイプと実装タイプも考慮しなければならない。通常、SMD表面実装抵抗器はスルーホール構成要素より低いインダクタンスを有する。あなたが普通のインライン抵抗器を選ぶならば、2つのインストール方法：垂直と水平もあります。垂直設置方法では、抵抗器の1つの取付ピンが非常に短く、抵抗器と回路基板との間の熱抵抗を低減し、抵抗器の熱を空気中に散逸させることが容易になる。しかし、より長い垂直マウントは、抵抗器のインダクタンスを増やす。水平設置は低い設置によりインダクタンスが低い。しかし、過熱した抵抗器はドリフトし、最悪の場合には、抵抗はオープン回路になり、結果としてPCBトレース終了整合が失敗し、潜在的な故障要因となる。

電磁妨害抑制方法

信号完全性問題への良い解決は、PCBボードの電磁両立性（EMC）を改善するであろう。PCBボードは良好な接地を確保することが非常に重要である。接地面を持つ信号層を用いることは，複雑な設計のための非常に有効な方法である。さらに、回路基板の外側層の信号密度を作ることは、電磁放射を減らす良い方法でもある。この方法は，pcbボードを作製するための「表面面積層」技術「ビルドアップ」設計を用いることにより実現できる。表層領域レイヤーは、一般のプロセスPCBボード上のこれらのレイヤーを浸透させるための薄い絶縁層およびマイクロビアの組合せを加えることによって、なしとげられる。抵抗体とコンデンサを表面層の下に埋め込むことができ、単位面積当たりのトレース密度はほぼ2倍になるので、PCBボードの容量を減らすことができる。PCBボード面積の減少は、電流ループを減少させ、分岐軌跡長を減少させ、電磁放射線が電流ループの面積にほぼ比例するトレースのトポロジーに大きな影響を与える同時に、小容積の特徴は、高密度のリード・パックされたデバイスを使用することができ、それによって、ワイヤ長を減少させ、電流ループを減らし、電磁両立性を改善する。

使用可能なその他の技術

集積回路チップの電源上の電圧の過渡的オーバーシュートを減らすために, デカップリングコンデンサを集積回路チップに追加すべきである. これは、電源に対するグリッチの効果を効果的に除去し、プリント基板上のパワーループからの放射線を低減する. デカップリングコンデンサが電源プレーンの代わりに直接集積回路の電力管脚に接続されるとき, グリッチのスムージング効果. これは、いくつかのデバイスは、そのソケット上のコンデンサを分離する理由です, 他のものは、デカップリングコンデンサを装置に十分に接近させる必要がある. 任意の高速および高出力デバイスは、供給電圧の過渡的オーバーシュートを低減するために、できるだけ多く配置されるべきである. パワープレーンなしで, 長いパワートレースは、信号とループの間にループを作ることができる, 放射線源と感受性回路. トレースが同じネットワークケーブルまたは他のトレースを通過しないループを形成する状況はオープンループと呼ばれる. ループが同じネットワークケーブルの他の跡を通過するならば, 閉ループが形成される. アンテナ効果は、両方のケース（ワイヤーアンテナとループアンテナ）で作成されます。アンテナは外部にEMI放射を発生する。そして、それも敏感な回路そのものです. 閉ループの領域にほぼ比例する放射線を生成するので、ループを閉じる必要がある PCBボード.