PCB技術 - 高周波回路

コンポーネントは高速の方向に発展している, 低消費量, 小型・高干渉. この開発の傾向は、デザインの多くの新しい要件を プリント回路基板. PCB設計 電子製品の設計における重要な段階. 電気回路図が設計された後, いくつかの機能ボードは、構造要件に従って、そして、機能分割に従って決定される, 各機能ボードの外形寸法と設置方法 PCB 同時に決定しなければならない. デバッグとメンテナンスの利便性を考慮, シールドなどの要因と同様に, 放熱, とEMIパフォーマンス. エンジニアは、レイアウトと配線計画を決定するのに必要です, キー回路及び信号線及び配線方法の詳細を決定する, あとに続く配線原理と同様に. いくつかの段階 PCB設計 検査を行わなければならない, 分析, と変更. 全配線完了後, それは処理できる前に包括的な規則検査を通過することができます.

はじめに

長い間、設計者はしばしばプロシージャ、電気的原理、パラメータ冗長性の検証にエネルギーを費やすが、PCB設計の見直しにエネルギーを費やすことはめったにない。そしてしばしば多くの製品性能問題につながるPCB設計欠陥に起因する。PCB設計原理は、基本原則、干渉防止、電磁両立性、安全保護などを含む多くの局面を含む。これらの側面、特に高周波回路（特にマイクロ波レベルの高周波回路）では、関連概念の欠如が、R＆Dプロジェクト全体の失敗につながる。多くの人々は依然、「電気的原理を導体に接続して、所定の役割を果たすために導体を接続している」ということに基づいている。そして、「PCBデザインは、構造、プロセス、および生産効率の改善に関するものである」と考える多くのエンジニアは、この関連が製品設計の全体のデザイン仕事の特別な焦点でなければならなくて、高性能部品を選ぶことに彼らのエネルギーを誤って費やさなければならないと完全に理解しませんでした。その結果、コストが急上昇し、性能向上が最小限となった。

2. ハイスピード PCB設計

製品工学において、PCB設計は特に高周波電気設計で非常に重要な位置を占めます。いくつかの一般的な規則があり、これらの規則は一般的なガイドラインとして扱われます。設計に高周波回路のPCB設計原理および技術を適用することにより、設計成功率を大幅に高めることができる。

(1) Wiring design principles of 高速回路

1 .論理的ファンアウトを最小限にするためには、1つの負荷だけを行うのがベストです。

（2）高速信号線の出力端と受信端との間のスルーホールの使用を避け、ピンパターンの交差を避ける。特にクロック信号線は特に注意を要する。

3 .上下の隣接する層の信号線は直角に曲がることを避けるために互いに垂直でなければならない。

並列終端負荷抵抗器は、受信端に可能な限り近くなければならない。

最小の反射を確実にするためには、全ての開放線（または終端に一致しないライン）の長さは、以下の式を満たす必要がある。

LOPENオープンルートの長さ(インチ)

trise -- signal rise time ( NS )

TPD−線路伝搬遅延（ストリップライン特性に従って0.188 ns／イン）。

高速論理回路の典型的立ち上がり時間

（6）開放式の回路の長さが上記の式で求められる値を超えると、直列減衰抵抗を使用し、直列終端抵抗器をできるだけ出力ピンに接続する必要がある。

（7）アナログ回路とデジタル回路を分離する。AGNDおよびDGNDは、インダクタまたは磁気ビーズを介して一緒に接続されなければならず、可能な限りA／Dコンバータに近くなければならない。

電源の十分なデカップリングを確保する。

9 .表面実装抵抗器とコンデンサを使うのがベストです。

2）バイパスとデカップリング

デカップリングコンデンサを選択する前に、まず高周波電流をフィルタリングするための共振周波数要件を計算する。

自己共振周波数より上に、コンデンサは誘導性になり、そのデカップリング容量を失う。いくつかの論理回路は、共通のデカップリングコンデンサの自身の共振周波数より高いスペクトルエネルギーを有する。

容器自体の共振周波数を自励周波数と呼ぶ。高周波をフィルタアウトしたい場合

（4）回路に含まれるRFエネルギー、スイッチング回路の立ち上がり時間、周波数範囲に基づいて必要な容量値を算出する必要がある。当たり前の使い方に従って当て推量を使わないでください。

5 .地面とパワープレーンの共振周波数を計算します。これら2つの平面で構成されるデカップリングコンデンサは、最大の利益を得ることができる。

RF帯域幅エネルギーが豊富な高速部品及び領域については、多数のキャパシタを並列に使用して、RFエネルギーを大きな帯域幅で除去する。大きいコンデンサが高周波数で誘導性になるときに、小さいコンデンサは容量性のままである点に留意する必要がある。特定の周波数では、LC共振回路を形成し、無限のインピーダンスを生じ、従ってバイパス関数を完全に失う。これが起こると、単一のコンデンサを使用することはより効果的である。

回路基板上のすべての電源入力コネクタの側面に並列コンデンサを設定し、その立ち上がり時間が3 nsより速い構成要素の電源ピンを設定する。

PCBパワー入力端子とレンチの対角方向において、回路が切り替えられるときに発生する電流変化を確実にするために十分な容量のコンデンサが使用されるべきである。他の回路の減結合コンデンサについても同様である。動作電流が大きいほど、必要容量が大きくなる。電圧および電流の脈動を減少させるために、システムの安定性を改善する。したがって，デカップリングコンデンサはデカップリングとフリーホーリングの二重の役割を担う。

あまりに多くのデカップリングコンデンサが使われるならば、それが電源を入れられるとき、大量の電流は電源から引き出されます。したがって、大きなコンデンサのグループは、大量の電流を供給するために電源の出力に置かれるべきである。

インピーダンス変換とマッチング

低周波回路では、マッチングの概念が非常に重要である（負荷インピーダンスを励振源の内部抵抗に等しくする）。高周波回路では、信号線端子の整合がより重要である。

一方、ZL＝ZCは、線に沿った定在波がないことを保証するために必要である一方、最大電力を得るためには、信号線と励振源の入力端を共役整合させる必要がある。したがって、整合はマイクロ波回路の動作性能に直接的な影響を与える。目に見える

端末が一致しないならば、反射と立っている波は信号線で起こります。そして、荷電力（高さ力の定在波も停電で火花を引き起こします）の低下に終わります。

反射波の存在により、励起源に悪影響を及ぼし、動作周波数および出力電力の安定性が低下する。

しかしながら、実際には、与えられた負荷インピーダンスおよび信号線の特性インピーダンスは必ずしも同じではなく、信号線と励振源のインピーダンスは必ずしも共役していないので、インピーダンス整合技術を理解し、適用する必要がある。

インピーダンス変換器

信号線長l = 1 / 4、すなわち、Γ= l = 1 / 2を得ることができます

上記の式は，1／4 pcb伝送線路を変換した後，そのインピーダンスが大きく変化することを示した。ZLが一致しないときに、PCB伝送線の再構成が一致する目的を達成するために用いることができることは、周知でありえる。Z’CとZ’Cの特性インピーダンスを有する2つのPCB伝送線路に対しては、PCB伝送線路を接続してZ’CとZ’との整合を図ることができる。

なお、2つのPCB伝送線路にインピーダンスを異ならせた後に、1／4インピーダンス変換器の動作周波数は非常に狭い。

（3）単一分岐短絡回路整合

のインピーダンス PCB 伝送線路は、線路の適切な位置に短絡線を適切な構造に接続することによって変更することができる PCB 一致する目的を達成する送電線.

PCBレイヤリング

高周波回路は集積度が高く配線密度が高い傾向がある。多層基板の使用は配線のためだけでなく，干渉を低減する有効な手段である。レイヤーのナンバーの妥当な選択は、大幅にプリント板の大きさを減らすことができる。これは、中間層を最大限に活用することができますシールドを設定するには、より良い実現することができます。近接グランドは効果的に寄生インダクタンスを減少させることができて、シグナル伝送長を効果的に短くすることができて、シグナル間の交差干渉を大いに減らすことができる。同じ材料が4層板より優れていることを示すデータがある。二重パネルのノイズは20 dB低いが、層数が多いほど製造工程が複雑化しコストが高くなる。

（5）電力隔離及び接地線分離

異なる機能または異なる要件を有する回路配線は、しばしば電力分離および接地を必要とする。例えば、アナログ回路及びデジタル回路、弱信号回路及び強信号回路、高感度回路（PLL、低ジッタトリガ等）及び他の回路は、回路が期待される仕様を満たすことができるように、互いに干渉を最小にするべきである。

基本要件

異なる面積の電力層または接地層は、電力入口、通常木構造またはフィンガ構造において一緒に接続されるべきであり、異なる機能回路の接地線分割方法、分割ギャップおよび基板エッジは、2 mm未満ではならない。

2 .異なる種類のパワーエリアとグラウンド領域は互いに交差できない

トレンチ及びブリッジグランドプレーンの分割のために、さまざまな機能回路間のシグナル伝送リターン・ループは、しばしば不連続である。信号、電力およびグラウンドの接続を確実にするために、変圧器分離（DC信号を送信することができない）の使用に加えて、光カプラ分離（高周波を伝送するのが困難である）に加えて、架橋方法が一般的に使用される。「橋」は実際にトレンチの隙間であり、1つの場所だけです。信号線、電源、グランドは、図示のように全てのトレンチを横切っている。この方法を使用する場合、マルチポイント接地方式（全ての高速設計）であれば、ブリッジの両側をシャシーグラウンドに接続するのがベストである。

3 .結論

製品工学, PCB設計 非常に重要な位置を占める, 特に高周波電気設計. 同じ原理設計, 同じ構成要素, and PCB異なった人々によって作り出されるsは、異なる結果を持ちます. 工学では実現するのが難しいが、原理的に働くものが多い, または他の人が達成できるもの, 他は達成できない. したがって, Aを作るのは難しくない PCBボード, しかし、それを作るのは簡単ではない PCBボード. もの.