PCB技術 - アナログ回路のためのPCB設計ルール

アナログシステムの構築は真空管時代への回帰のように見える, アナログコンポーネントと回路はいつでもすぐに消えない, また、 PCBそれらを支持するs. 純粋アナログ 回路基板 and 混合信号 まだ多くの製品で重要であり、周波数の範囲で動作し続けます. アナログから始める PCB デザインはどこから始めるのか、何を考慮すべきかは難しい, しかし、我々はこれらのガイドラインは、あなたが成功を確実にするために取ることができる手順を理解するのを助けることを願って.

時々、一般的な設計目標に基づいてアナログPCBsと混合信号PCBsを考慮するほうがよいです。アナログ回路とPCBsは特別に注意しなければなりません、ゴールは通常、信号を送るために、そして、低雑音操作を確実にしている間、それらをコンポーネント/回路に入力します。それから、ボードの操作の周波数範囲は、設計が予想通りに動くことを確実とするために取られる必要がある処置のいくつかを決定する。このガイドでは、いくつかの標準的なアナログPCBの設計とレイアウトのガイドラインを検討してください。低周波数から高ミリ波周波数までカバーする。

PCB層スタッキングのシミュレーション

回路が設計されたあと、レイヤースタックはデザインの最初の停止です。アナログ層スタックは、一般的に、デジタルPCBスタックを構築するために使用されるのと同じ考えに従う。以下の点に注意してください。

電源と接地：PCBレイアウトで重要な信号を送信し、それに応じて電源レールルーティングを計画するトレースの周りに多数のグラウンドを使用する計画。新しいデザイナーは、重要なアナログ相互接続の経路を考えることに慣れているかもしれません、しかし、あなたがこれを早くするならば、あなたはそれに応じて力と信号配線を計画することができます。

高周波電源：あなたのアナログボードが高出力パワーと高周波数で送信する必要がある場合は、高い電流である可能性が非常に安定した電源を提供する必要があります。内部層にレールの代わりにパワープレーンを使用し、隣接する層に接地面を置く計画。

材料選択：すべてのデザイナーは、アナログ回路基板の各層に対して低損失のPTFEベースの積層材料を使用したいと考えているが、これらの高価な材料は必ずしも必要ではない。あなたの作動周波数が数十GHzでないならば、そして、あなたが非常に長い相互接続を配線しない限り、あなたは短い配線を使うだけで、標準的なFR 4ラミネートを使うことができます。あなたが本当に低損失ラミネートを必要とするならば、ハイブリッドPCBスタックを使う方法を学ぶために、あなたのメーカーに連絡してください。

イン 混合信号, 電力と接地の推奨事項は通常異なります, あなたのアナログとデジタル部品がそれらの間のどんな直接の配線も必要とするかどうかによって.

混合信号電源

混合信号電源の場合、電力面は、通常、デジタルおよびアナログ部品に分割され、デジタル電源プレーンによって行われる仕事と同様に、異なる電源電圧の下で動作する。これらの部品は同じ層にし、隣接する層上の同じ接地面を参照してください。加えて、アナログパワーレールであるように、回路基板のデジタル部分にのみデジタル電力レールを置くことが最善である。

アナログおよびデジタルPWR／GND部品のレイアウトの概略図。

上記の図の左側の配置を使用しなければならない場合、別々のデジタルおよびアナログパワープレーンは、平面が重なるように2つの隣接する層に配置されるべきではない。これらの2つのプレーンが隣接するレイヤーにおいて、重なる場合、2つのプレーンは重なっている領域間の高い静電容量を有する。そして、それによって、強い変位電流を生成する。これらの2つの平面間の電位は、スイッチングプロセス中に変動するので、これは、無線周波数での空胴発光をもたらす。

加えて、アナログとデジタル部品の間のギャップを配線することによって、デジタルおよびアナログ部品間のインターフェイスを作成する必要はありません。理由を理解するために、この記事をチェックしてください。あなたが必要とするインターフェースはADCによって提供されることができます。

PCBレイアウトにおけるコンポーネント配置のシミュレーション

上記のPWR / GNDプランが意味するように、アナログ部分にアナログのコンポーネントを置くだけであって、デジタル部品にデジタルコンポーネントを置くだけである。残念ながら、すべての可能なコンポーネントの配置をカバーすることはできませんが、簡単にいくつかの重要なコンポーネントを議論することができます。いくつかの重要なレイアウトガイドラインの2つの最も興味深いコンポーネントは、ADCと増幅器（オペアンプを含む）です。

未使用オペアンプ

アナログボードに表示されなければならない1つのコンポーネントは演算増幅器である。多くのオペアンプAICでは、いくつかのオペアンプがアイドル状態になります。IC上の任意の未使用のリード線を適切に終了する必要があります。IC内の演算増幅器上のリードされていない（すなわち、フローティング）リードは、ノイズを生成し、動作ICに伝搬し、それによって信号の完全性を低下させる。

単一の電源レールを使用している場合は、最初に出力を反転入力にショートしてください。これは負のフィードバックを生成し、出力が正しく入力に従うことを保証します。次に、非反転入力および接地ピンに等しい抵抗を有する分圧器を接続する。これは入力電位を線形範囲の中点に設定する。スプリットレールを使用している場合は、単に出力を反転入力にショートし、非反転入力を接地することができます。

電力増幅器の問題

低周波数では、増幅器は他のPCBには適用されない特別な制限を受けることはない。高周波で動作する電力増幅器は、増幅器出力が不安定である可能性があり、予期しない正帰還として現れる状況が異なる。これらのシミュレーションを使用して、アンプの入力への結合を追跡できますが、PCBレイアウトと直接インターフェイスできるフィールドソルバーが必要です。RF電力増幅器を含むこの興味深い信号完全性問題について詳しく知る。

ADCの設置場所

ADCは、あなたのアナログ信号がデジタル世界とつながっているところです、したがって、それがデジタル部分を含むので、この部分は慎重に置かれる必要があります。離散的なADCは、デジタルおよびアナログ部品間の境界に沿って大まかに配置される。実際には、これは、シリコンチップ上の接地面が入出力信号の基準面を提供することができるので、別個の接地プレーンを有する混合信号システムにおいてインターフェースを作成する唯一の許容できる方法である。しかし、均一な接地面を使用する場合、接地面によって提供されるADCおよびシールドの配置は、より多くの柔軟性を有する。

アナログPCBレイアウトガイド

アナログの配線 PCB 相互接続に沿って送られるアナログ信号が相互接続のレシーバ側でかなり歪んでいないことを確実とすることになっている. アナログを使うとき PCB, あなたのネットカウントは、通常、デジタル PCB, あなたが解決可能なフロアプランを見つけるまで、可能な限り早期にいくつかの可能なレイアウトを試すことができます. Here are some route guides:

トレースの長さ：一般的に言えば、可能な限り短く、まっすぐにアナログPCBのトレースを維持しようとします。これは信号周波数が高くなるにつれて非常に重要である。損失に加えて、信号の臨界長に注意を払わなければならない。

ビアの使用を最小にする：各ビアは相互接続Sパラメータの損失を増加させるので、これらの損失を最小にし、可能な場合に必要な層変換のみを実行することが最善である。まだ存在するホールを通して、アンテナのように強い放射線を発生させるかもしれません

アナログで考える多くの問題があります PCB レイアウト, but the right design toolと rule-driven design software will help you implement the guidelines needed to keep the analog system noise-free and ensure signal/パワーインテグリティ.