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PCB技術

PCB技術 - PCBボードのEMC設計を最適化する方法

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PCB技術 - PCBボードのEMC設計を最適化する方法

PCBボードのEMC設計を最適化する方法

2021-10-12
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Author:Downs

電気時代の発展に伴い,電波放送,テレビジョン,マイクロ波通信,家電,電力周波数電磁界,送電線の高周波電磁場などの人間の生活環境における電磁波源がますます多くなっている。これらの電磁場の磁場強度がある限界を超え、作用時間が十分長くなると、人間の健康を危険にさらす恐れがある同時に、他の電子機器及び通信に干渉することもある。この点で、保護が必要です。電磁干渉と遮蔽の概念は,電子製品の開発,生産,使用中にしばしば行われる。電子製品が正常に動作しているとき、コアはPCBボードとそれにインストールされたコンポーネントと部品との間の協調作業プロセスである。電子製品の性能指数を向上させ,電磁干渉の影響を低減することは非常に重要である。


PCB基板設計

プリント基板(PCB)は、電子部品の回路構成要素および装置の支持体である。それは、回路構成要素と装置の間の電気的接続を提供する。それは様々な電子機器の最も基本的なコンポーネントです。pcbボードの性能は,電子機器の品質と性能に直接関連している。集積回路、SMT技術、マイクロアッセンブリ技術の発展に伴い、高密度で多機能の電子製品が増え、PCBボード、多数の部品、部品、高密度実装に複雑な配線ができ、それらの間の干渉が必然的に生じる。したがって、電磁干渉を抑制する問題は、電子システムが正常に動作できるかどうかの鍵となっている。同様に,電気技術の発展に伴い,pcbの高密度化が進み,基板設計の品質は回路の干渉・干渉性能に大きく影響する。電子回路の最良の性能を得るためには、部品および回路設計の選択に加えて、良好なPCBボード設計も、電磁両立性(EMC)において非常に重要な要因である。

PCBボード

合理的PCB基板層設計

回路の複雑さによれば、PCBの層数の合理的な選択は、電磁干渉を効果的に低減することができ、PCBの大きさおよび電流ループおよび分岐配線の長さを大きく減少させ、信号間の交差干渉を大幅に低減することができる。実験の結果,同じ材料を使用した場合,4層板のノイズは2層板の20 dbより低いことが分かった。しかし、層数が多いほど製造工程が複雑化し、製造コストが高くなる。多層PCB基板配線では、隣り合う層の間に「ウェル」型のメッシュ配線構造を用いるのがよい。例えば、PCBの上側は水平に発送されます、そして、次の側は垂直に発送されて、それからビアによって接続されます。


合理的なPCBボードサイズのデザイン

PCBボードの大きさが大きすぎると、印刷されたワイヤが増加し、インピーダンスが増加し、アンチノイズ能力が低下し、機器の音量が増加し、それに応じてコストが増大する。サイズが小さすぎると放熱性が良くなく、隣接する線が乱れやすい。一般に、機械層(機械層)は、物理的フレーム、すなわちPCB基板のアウトラインサイズを決定し、レイアウト及び配線の有効面積を決定するために、キーアウト層(Keepout Layer)を禁止する。一般に、回路の機能単位数に応じて回路の全ての構成要素が集積化され、最終的にはPCBボードの最良の形状とサイズが決定される。通常、長方形が使用され、アスペクト比は3 : 2です。回路基板のサイズが150 mm * 200 mmより大きい場合、基板の機械的強度を考慮する必要がある。


PCBボードのレイアウト

PCBボード設計において、電子工学者は、密度を増加させ、占有された空間を縮小し、単純な製造を行うこと、または、電磁波両立性(EMC)に対する回路レイアウトの影響を無視して、美学と均一なレイアウトを追求することに焦点を当てるだけであり、多数の信号が空間に放射される。相互干渉を形成する。貧しいPCBレイアウトは、それらを排除するのではなく、より電磁的な互換性(EMC)問題を引き起こすことがありえます。


電子機器におけるディジタル回路,アナログ回路,電源回路の部品レイアウトと配線の特性は異なり,それらの発生する干渉と干渉抑制の方法は異なる。高周波回路と低周波回路の異なる周波数のために,それらの干渉および干渉を抑制する方法も異なっている。従って、コンポーネントレイアウトでは、デジタル回路、アナログ回路、電源回路を別々に配置し、高周波回路と低周波回路を分離する必要がある。可能であれば、別々に分離したり、PCBボードに別々に作らなければならない。レイアウトでは,強い信号と弱い信号の信号分布と信号伝送方向に特別な注意を払う必要がある。


PCBボードの2.1コンポーネントレイアウト

PCBボードの構成要素のレイアウトは他の論理回路と同じであり、互いに関連する部品をできるだけ近くに配置しなければならないので、より良いアンチノイズ効果を得ることができる。PCBボード上の部品の位置は、完全に電磁干渉妨害の問題を考慮するべきである。原則の1つは、コンポーネント間のリードができるだけ短くなければならないということです。レイアウトでは、アナログ信号部分、高速デジタル回路部分、およびノイズ源部分(リレー、高電流スイッチなど)は、互いの間の信号結合を最小にするために合理的に分離されなければならない。


クロック発生器、水晶発振器、およびCPUクロック入力端子はすべてノイズになりやすいので、それらは互いに接近しなければならない。ノイズの多いデバイス、低電流回路、および高電流回路は、できるだけ論理回路から遠ざかるべきである。可能であれば、別のPCBボードを作るべきです。


PCB構成要素の一般的なレイアウト要件:回路部品および信号経路のレイアウトは、不要な信号の結合を最小にしなければならない。

1.低レベル信号チャネルは,過渡的プロセスを生成できる回路を含む高レベルの信号チャネルと非フィルタリングされた電力線に近接することはできない。

2.アナログ回路,ディジタル回路,及び電力共通ループ間の共通インピーダンス結合を避けるため,低レベルアナログ回路とディジタル回路を分離する。

3.高,中,低速論理回路はpcb上の異なる領域を必要とする。

4.回路配置時に信号線長を最小化する。

5.隣接ボード間の過度の長並列信号線がない場合、同一ボードの隣接するレベルと、隣接する配線との間に同じレベルの配線が存在することを保証する。

6.電磁干渉(emi)フィルタは,電磁干渉源にできるだけ近接し,同一の回路基板上に置く。


PCBボード配線

PCB基板の組成は、一連の積層を用いた多層構造である, 垂直スタックの配線とプリプレグ処理. に 多層基板, デバッグを容易にするために, 信号線は最外層に置かれる.


高周波の場合には、トレース、ビア、抵抗器、コンデンサ、およびコネクタのようなPCB基板の分布インダクタンスおよび分布キャパシタンスは無視できない。抵抗は高周波信号の反射と吸収を引き起こす。トレースの分散キャパシタンスも役割を果たす。トレースの長さがノイズ周波数の対応する波長の1/20より大きい場合、アンテナ効果が発生し、トレースにノイズが発生する。


PCBボードのワイヤ接続の大部分はビアを通して完成する。つのビアは約0.5 pFの分布キャパシタンスをもたらすことができ、ビアの数を減らすことは速度を著しく増加させることができる。


集積回路自体の実装材料は2〜6 pFの容量を導入する。pcb上のコネクタは520 nhの分散インダクタンスを持つ。二重インライン24ピン集積回路ソケットは、4 - 18 NHの分散インダクタンスを導入します。