PCBA技術 - PCBボードのEMC特性に対する接地面溝の影響

接地平面溝はPCB板接地層（接地平面）における溝であり、通常はいくつかの信号線を収容したり、多層板を提供するために必要な代替リターン経路を提供したりするために使用される。スロットの形状、サイズ、位置は、回路の性能に直接影響します。

PCBボードのEMC特性に対する接地面溝の影響解析

接地面スロット設計はPCBボードの電磁互換性（EMC）性能に重大な影響を与える可能性があり、有害である可能性があり、有益である可能性があります。この点を深く理解するためには、まずPCBボード上の高速信号と低速信号の電流分布特性を明らかにする必要があります。低速伝送の場合、電流は主に抵抗が最も小さい経路に沿って流れる。下図に示すように、低速電流がA点からB点に流れると、その戻り信号は接地面に広く分布してソースに戻る。このとき、電流分布は相対的に広い。

しかし、高速伝送の場合、信号リターン経路上のインダクタンス効果が抵抗効果を上回ることが主な要因となる。高速リターン信号はインピーダンスが最小の経路に沿って流れ、狭く集中したビームを形成し、下の信号線にぴったりと従う。

PCBボードに互換性のない回路がある場合は、リターン信号と共通接地インピーダンス結合の重畳を回避するために、「分割接地」戦略を採用する必要があります。これは、電源電圧、デジタル及びアナログ信号、高速及び低速信号、並びに高電流及び低電流信号の接地面が分離されていることを意味する。高速信号と低速信号の戻り電流分布に関する前述の説明から、分割接地戦略の重要性を容易に理解することができる。

しかし、高速信号と低速信号が電源プレーンまたは接地プレーンのオープンスロットを通過すると、多くの深刻な問題が発生します。次のような問題があります。

接地平面溝は電流回路面積を増加させ、それによって回路インダクタンスを増加させ、出力波形が発振しやすくなる。

厳格なインピーダンス制御が必要で、ストリップモデルに基づいて配線される高速信号線に対して、溝が開くとストリップモデルが破壊され、インピーダンスが不連続になり、深刻な信号完全性の問題を引き起こす。

接地面の溝が開くことで、放射線が周囲の空間に放出される可能性が高まり、回路基板が空間磁場に干渉されやすくなります。

ループインダクタの両端の高周波電圧降下はコモンモード放射源を構成し、外部ケーブルを介してコモンモード放射干渉を発生する可能性がある。

接地面の溝開きも、ボード上の他の回路間の高周波信号クロストークのリスクを高めている。

接地面の溝を処理する際には、次の原則を遵守する必要があります。

厳格なインピーダンス管理が必要な高速信号線の場合、その経路はインピーダンスの不連続を防止するために分割領域をまたぐ配線を厳格に回避しなければならず、これは逆に深刻な信号完全性の挑戦を招く可能性がある、

PCBボードに互換性のない回路がある場合は、接地共有措置をとるべきだが、このようにする場合は、高速信号線が分割領域を通過させられないことを確保するとともに、分割領域を通過する低速信号線をできるだけ減らすべきである。

分割溝を通る位置合わせが避けられない場合は、ブリッジスキームを使用して適切な処理を行う必要があります。

地層上のa点とB点の間に顕著な電位差があると、外部ケーブルを通じてコモンモード放射問題を引き起こす可能性があるため、階層化時にコネクタとの外部接続を避けるべきである、

高密度コネクタのPCB設計では、特に必要がない限り、一般的には接地ネットワークの周囲の各ピンレイアウトを確保するか、ピン配列に接地ネットワークを均一に分配して接地面の連続性を確保し、溝の発生を効果的に防止する必要があります。

接地面の溝はPCBボードのEMC性能に深い影響を与え、慎重に設計する必要がある。スロットを通る高速回線の回避、適切な接地分布、必要に応じたブリッジ、コネクタレイアウトの最適化の原則に従い、EMCのパフォーマンスを効果的に向上させ、製品の安定性と信頼性を確保することができます。