PCBA技術 - PCB設計における接地と電圧配線について

キーポイント

接地と電圧ルーティングを理解する プリント回路基板 レイアウトとデザイン

PCB設計におけるパワープレーンとグラウンドプレーンを実現するための最良の慣習

それは非常に壁のソケットに電源コードを接続したり、ライトスイッチをオンに簡単です。プリント基板上の部品を電源やグランドに接続するのも簡単だと思います。正直なところ、これはかつてPCB設計のケースでした。信号とパワーの整合性が非常に重要ではないボード上では、電源やグランドプレーンにビアを配置し、それらを無視することができます。

しかし、今日の電子製品の設計要件によると、配電網を管理するために多くのものがあります。また、回路基板の残りの部分にPDNの影響を考慮する必要があり、一方、装置が適切な電力および接地格子を使用できることを保証している。これは、回路基板の接地および電圧配線のいくつかのスキルを必要とし、ここでいくつかの有用なアイデアを提供する。

プリント回路基板のグランドおよび電圧配線

今日の高密度多層ボードは、高度な電子機器で広く使用されているが、依然として安価な2層板の必要性がある。多くの回路（例えば玩具または他の単純な消費者製品）を必要としないデバイスのために、二層板はまだ製造時間およびコストを減らすのが好ましい。しかし、同時に、これらの電子デバイスの性能は依然として改善されており、回路基板の電源網の設計に一層努力を要する。

使用のために2つの層だけが必要です、そして、力と地面面で利用できる内部の層が全くありません。ほとんどのアプリケーションでは、設計者は最小のトレース幅を使用し、低価格で製造することが推奨される。通常、これは信号の600万の跡と力の2000万の跡で終わります。パワートレース幅は、電流が増加した場合、電流に比例し、トレース幅が増加することを覚えておいてください。

ルーティング、シグナルとパワールーティングが一番上の層に置かれなければならなくて、戻り経路が一番下の層に予約されるべきです。最も簡単な方法は、底の層を固体の接地面として捧げることです。シグナルルーティングのための基礎的な層のいくつかを使用しなければならないが、シグナルリターンのための明確な経路を維持することを確認したいならば、あなたは終わるかもしれません。

ルーティング電圧と信号ルーティングは慎重な計画を必要とする

底の地面を使用すると、ノイズや他の信号の整合性の問題を解決することもできますが、それはまた、多くのスペースを取るでしょう。したがって、最上位の電源配線を慎重に計画して、電源が基板全体に均等に分配されることを確実にすることが重要である。

SMTピンが金属の大きな領域を有する電源またはグラウンドに接続される場合、それはより少ない金属を有するSMTピンおよびピン間の熱アンバランスを引き起こすことができる。つの脚を持つ小さな離散部品では、この不均衡は、“墓石ストライキ”と呼ばれる条件を引き起こす可能性があります。これは、1つのピン上のはんだリフロー率が他のピンより速く、部分がプルアップされ、他のピンから離れているところである。

離散的なSMTピンを接地または電圧配線に接続する場合、熱需要を提供するために現在の要求を満たすのに十分な幅のトレース幅を使用することが最善である。これは、デバイスの2つのピンを熱的にバランスさせておくのを助けます。

小さなディスクリート部品の別の問題は、金属の大きな領域にピンを置くことである. これは最高の電気性能を提供しますが, また、巨大なヒートシンクとして機能します, 他のピンとの大きな熱アンバランスの作成. 電気設計と設計を満たす最良の方法 PCB製造 ニーズは、複数のトレースまたは.これは、SMTピンへのはんだ付けに必要な放熱性を提供する.

スルーホールピン：

スルーホールピンの電源および接地トレースへの接続は、通常、他のトレースと同じであり、トレースからピンのパッドへの直接接続を必要とする。トレースがパッドより広い場合、または金属充填領域（電源または接地面など）がある場合、以下の図に示すように、熱パッドを使用する必要がある。

これらのヒートシンクは、電流を流すために十分な量の金属を提供することができるが、金属面によってピンから引き出される熱を低減する。Cadence AllegroのようなPCB設計ツールで、あなたは、そのニーズを満たすためにパッドのために十分な金属を提供するために、ケーブル・タイの幅と熱パッドで間隔をコントロールすることができます。

グランドプレーンにおけるスルーホールピンのヒートシンク

電力供給および接地面の利点と欠点

多層回路基板を設計する場合は、専用の電源とグランドプレーンのボードスタックを構成する必要があります。飛行機を使用する最大の利点は、2層板のような広いトレースと配線を必要とせずに、電源とグランドにコンポーネントを接続する簡単な方法を提供することです。あなたのデザインのグランドプレーンを使用すると、また、以下を含む他の多くの利点をもたらすことができます

end . return path :シグナルはソースから目的地まで移動し、ソースに戻る必要があります。明確なリターンパスがない場合、他の回路に影響を及ぼす可能性があります。グランドプレーンは、この簡単なリターンパスを提供します。

シールド：接地層は、外部電磁干渉（EMI）から敏感な回路を遮蔽するのを助けて、内部のEMIが他の器材に影響を及ぼすのを防ぎます。加えて、設計のアクティブ信号層間のグランドプレーンの使用は、レイヤー間のブロードサイド結合またはクロストークの可能性を減らすのを助ける。

デジタル回路スイッチが状態を切り換えるとき、それは他の回路で偽のスイッチングを引き起こすかもしれない地上回路を通して雑音パルスを生成するでしょう。グランドプレーンの広い領域は、そのインピーダンスがトレースを通る接地線のインピーダンスより低いので、影響を減らすのを助ける。

土と熱放散：グランドプレーンも、熱く動く構成要素のために良いヒートシンクを提供します。これらの部品を回路基板を介してグランドプレーンに接続することにより、回路基板上に均一に熱を分散させることができる。

一方、パワープレーンとグランドプレーンを使用するときにはいくつかの欠点がある。平面は、製造コストを増加させる基板の層数を増加させる。つの回路からのノイズが他の回路に悪影響を与えないように、回路（例えばデジタルおよびアナログ）の異なる領域は、それらの接地を慎重に管理する必要がある。そして、複数の電源または接地格子を収容するために分割航空機を使用するとき、極端な注意をとらなければなりません。分離面が妨害されなければならない経路を誤って破壊するか、ブロックするかもしれないので、これは特に信号戻り経路にとって重要です。

しかし, これらすべての問題は PCB設計プロセス, そして、高度なPCB設計ツールを巧みにこれらの問題を解決するために使用することができます.