一、概要
PCBボード上の干渉を抑制する方法は、
1.差動モード信号ループの面積を小さくする。
2.高周波ノイズリターン(フィルタリング、分離、マッチング)を低減する。
3.コモンモード電圧を下げる(接地設計)。高速PCB EMC設計の30原則
2.PCB設計原理の概要
原理1:PCBクロック周波数が5 MHZを超えるか、信号の立ち上がり時間が5 ns未満であり、一般的に多層板設計を採用する必要がある。
原因:多層板設計を採用し、信号回路の面積をよく制御することができる。
原則2:多層板に対して、肝心な配線層(時計線、バス線、インタフェース信号線、無線周波線、リセット信号線、チップ選択信号線と各種制御信号線など)は完全な接地平面に隣接しなければならない。2つの接地面の間にあることが望ましい。
原因:重要な信号線は一般的に強い放射線または非常に敏感な信号線である。接地面に近い配線は信号ループ面積を減少させ、放射強度を低下させたり、干渉防止能力を高めたりすることができる。
原則3:単層板の場合、キー信号線の両側は地面を覆うべきである。
理由:キー信号の両側は地面に覆われており、信号ループの面積を減らすことができる一方で、信号線と他の信号線とのクロストークを防ぐことができる。
原則4:二重板の場合、キー信号線の投影平面に大面積の地面を敷設するか、単板と同じであること。
理由:多層板のキー信号が接地面に近いのと同じである。
原則5:多層板において、電源平面はその隣接する接地平面に対して5 H-20 H(Hは電源と接地平面の間の距離)に後退しなければならない。
理由:電源平面の戻り平面に対する凹みは、エッジ放射線問題を効果的に抑制することができる。
原理6:配線層の投影平面は還流平面層の領域内にあるべきである。
原因:配線層が還流平面層の投影領域内にない場合、エッジ放射の問題を引き起こし、信号ループ面積を増加させ、差動モード放射の増加を招く。
原則7:多層板では、単板の上部と下部にはできるだけ50 MHZ以上の信号線がないようにしなければならない。
理由:高周波信号は、空間への放射を抑制するために、2つの平面層の間を歩くことが望ましい。
原則8:単板段の動作周波数が50 MHzより大きい単板について、第2層と最後から2層目が配線層である場合、TOPとBOOTOM層は接地銅箔を被覆しなければならない。
理由:高周波信号は、空間への放射を抑制するために、2つの平面層の間を歩くことが望ましい。
原則9:多層板の中で、単板の主要な動作電源平面(最も広く使用されている電源平面)はその接地平面に非常に近いべきである。
理由:隣接する電源平面と接地平面は電源回路のループ面積を効果的に減らすことができる。
原則10:単層ボードでは、電源ケーブルに近づき、平行になる接地線が必要です。
原因:電源電流回路の面積が減少した。
原則11:二重板では、電源線に近づき、平行になる接地線が必要です。
原因:電源電流回路の面積が減少した。
原則12:階層設計において、隣接する配線層をできるだけ避ける。配線層が互いに隣接することが避けられない場合は、2つの配線層間の層間隔を適切に増やし、配線層と信号回路間の層間隔を小さくしなければならない。
理由:隣接配線層上の平行信号トレースが信号クロストークを引き起こす可能性がある。
原則13:隣接平面層はその投影平面の重複を避けるべきである。
理由:投影が重なると、層間の結合容量が層間のノイズ相互結合を引き起こす。
原則14:PCBレイアウトを設計する時、信号の流れに沿って直線的に配置する設計原則を十分に遵守し、できるだけ往復循環を避けるべきである。
原因:信号の直接結合を避け、信号品質に影響を与える。
原則15:複数のモジュール回路が同じPCB上に配置されている場合、デジタル回路とアナログ回路、および高速と低速回路はそれぞれ配置されなければならない。
理由:デジタル回路、アナログ回路、高速回路と低速回路の相互干渉を避ける。
原則16:回路基板上に高、中、低速回路が同時にある場合、高速と中速回路に従い、インタフェースから離れる。
原因:高周波回路ノイズがインタフェースを通じて外部に放射されることを避ける。
原則17:エネルギー貯蔵と高周波フィルタコンデンサは電流変化の大きいユニット回路または装置の近く(例えば電源モジュール:入出力端子、ファン、リレー)に置くべきである。
原因:エネルギー貯蔵コンデンサの存在は大電流回路の回路面積を減らすことができる。
原理18:回路基板電源入力ポートのフィルタ回路はインタフェースに近接して配置すべきである。
理由:フィルタリングされた回線の再結合を回避するため。
原則19:PCBでは、インタフェース回路のフィルタ、保護、隔離部品はインタフェースに近接して配置しなければならない。
理由:保護、濾過、隔離の効果を効果的に達成することができる。
原則20:インタフェースにフィルタと保護回路が同時にある場合、まず保護後フィルタの原則に従うべきである。
理由:保護回路は外部過電圧と過電流を抑制するために用いられる。保護回路がフィルタ回路の後に置かれると、フィルタ回路は過電圧と過電流によって破損する。
原則21:レイアウト時に、フィルタ回路(フィルタ)、分離及び保護回路の入出力線路が相互に結合されていないことを確保する。
理由:上記回路の入出力トレースが相互に結合されると、フィルタリング、アイソレーション、または保護効果が弱くなります。
原則22:プレートに「清潔な地面」インタフェースが設計されている場合、フィルタリングコンポーネントと隔離コンポーネントは「清潔な土地」と作業地面の間の隔離帯に置くべきである。
理由:フィルタまたは分離デバイス間が平面層によって結合されることを回避し、効果を弱める。
原則23:「きれいな地面」には、濾過と保護装置を除いて、他の装置を置いてはならない。
理由:「清潔な地面」設計の目的はインタフェースの放射線が最小であり、「清潔な土地」が外部干渉による結合を受けやすいことを確保することであるため、「清潔な場所」には他の無関係な回路や設備があるべきではない。
原則24:結晶、結晶発振器、リレー、スイッチング電源などの強い放射設備をプレートインタフェースコネクタから少なくとも1000ミル離す。
原因:干渉は直接放射するか、電流は出力ケーブルに結合して外部に放射する。
原則25:リセット回路、WATCHDOG回路などの敏感回路または装置は、ボードの各エッジから少なくとも1000ミル、特にボードインタフェースのエッジまで距離を置くべきである。
理由:単板インタフェースのような場所は静電気などの外部干渉に最も結合されやすいが、リセット回路やウォッチドッグ回路などの敏感な回路はシステムの誤動作を招きやすい。
原則26:ICフィルタのフィルタコンデンサはできるだけチップの電源ピンに近づけるべきである。
原因:コンデンサがピンに近いほど、高周波回路の面積が小さくなり、放射線も小さくなる。
原則27:始端直列整合抵抗器については、信号出力端に近い位置に配置しなければならない。
原因:始端直列整合抵抗器の設計目的はチップ出力端の出力インピーダンスと直列抵抗のインピーダンスとトレースの特性インピーダンスを加算することである。整合抵抗は末端に配置され、上述の方程式を満たすことができない。
原則28:PCBトレースに直角または鋭角トレースを使用してはならない。
原因:直角配線によるインピーダンスの不連続、信号伝送、リンギングやオーバーシュート、強いEMI放射を引き起こす。
原則29:隣接配線層の層設置をできるだけ避ける。避けられない場合は、2つの配線層中のトレースの相互垂直または平行トレースの長さが1000 mil未満になるようにしてください。
原因:平行トレース間のクロストークを減らすため。
原則30:ボードに内部信号配線層がある場合、クロックなどの重要な信号線は内層(優先配線層)に敷設されるべきである。
理由:内部配線層にキー信号を配置することは、遮蔽の役割を果たすことができます。