PCB技術 - PCB層間通信信号

ESDを例として取る

層変換における信号電流

アブストラクト 回路 基板, PCB基板, そして、信号経路はしばしばボードスタックの層を変更しなければならない. 場合によっては, これは問題を引き起こす. ESDの例は、変化する層が問題を起こすことができる条件を説明するために使用される.

経由での信号経路

議論：ルーティング経路PCB基板通常、レイアウトを完了するには、レイヤーのパスを変更する必要があります. 4層分 PCB, これは通常、回路基板の最上層から最下層に変化することを意味する, そして、2つの中間層は、力と地面です. つの層板は、特に、電力面と接地面との間の分離が、通常、6つ以上の層に比べて比較的大きいので、問題がある, 約30から40マイル.

頂部および底部層において、信号電流は、近接したグランドまたはパワープレーンのミラー電流リターン電流に一致する。信号電流が頂部から底部までの層を変化させると、ESD性能に影響する損傷が生じることがある。

すべてのシグナルは、ソースから読み込み、およびソースに戻るループを形成します。私たちがこの特定のケースで見るように、それは通常トラブルに私たちを得る経路の「リターン」部分です。底面の底部の信号の戻り電流は、底面の頂部への信号に従っているが、上面の頂部に信号を追従させることができる場所から、表面インピーダンスを通過して上面の底に到達しなければならない。

単層および2層パスを有するテストボード

インピーダンスZを考慮する1つの方法は、2つの平面を信号ビアから延びる2次元伝送線路と考えることである。バイパスコンデンサは、低インピーダンス「短絡回路」を形成する（短絡回路は、それらのインダクタンスが重要になるので、十分な高周波数ではそれほど良くないが）、回路基板の端部は、通常、「開放回路」の未終端である。これらおよび他の特徴は、反射の原因となり、平面間のインピーダンスを周波数によって著しく変化させ、約30ミルの平面間隔を有する4層基板に対して、特定の周波数で数オームに達することができる。マーフィーの法則は、このインピーダンスのピークがクロック周波数の第3高調波であることを示す！

この効果を評価するため、図2に示すようなテストボードを作成しました。各々の信号跡は、およそ30 cmの長さです。配線は100オームツイストペア電話線導体からなる。グランドプレーンに取り付けられると、それは50オームのパスを形成する。基板はダブル銅クラッド積層体であり、全体のアセンブリは4層PWBをシミュレートする。つの銅板は、約30ミル離れており、左右のSMAコネクタと右側の負荷抵抗（4つの位置）を介して一緒に短絡される。一方の経路は片側に残り、他方の経路は回路基板を貫通し、反対側には約10 cmが走行する。

単層および2層パスを有するテストボード

回路基板は、ESDシミュレータから1メートルのケーブルの端まで、3 kVのESDコンタクト放電を受け、これは、右端の中央付近で図2に示される平面上に固定され、左側縁の中央は、基板から電荷を放電するためにグランドに接続される。

ESDにより発生したEMI

例えば、以下の経路のSMAコネクタにおける見かけの信号は、回路基板の上部から底部までの層を変化させ、それから後ろに戻る。この場合、SMAコネクタのピーク信号は2ボルトのピークを超え、コンポーネントの固有周波数で発振する。大部分の論理回路のために、このレベルは確かに問題です。下側経路のノイズの増加は、ボードの一方の側から他方への各遷移においてESDによって引き起こされる基板インピーダンスZの両端の電圧降下による。この電圧は信号／戻り回路に現れ、従ってSMAコネクタに現れる。

SMAコネクタの信号

ESDにより2層パスに発生したEMI

基板間の距離が30ミルをはるかに下回る場合、基板間のインピーダンスは通常低くなり、図4に示される効果はより小さくなり、問題は少なくなる。回路基板の頂部からの臨界信号遷移が、既存の（低コスト）バイパスコンデンサに下側に接近する場合、4層回路基板への影響も最小化することができる。

まとめ:変換 PWB 層は信号経路に重大な損傷をもたらす. 電源とグランドプレーンの間の距離がより大きい, 衝撃が大きい. 4層の例 PWB ESDへの対応は可能な問題の一つを示す.