PCB技術 - PCBの干渉防止能力とEMCを改善する方法？

プロセッサを備えた電子製品の開発において，今日のIPCBは，干渉防止能力と電磁両立性を改善する方法を説明するか？

1 .以下のシステムは、反電磁干渉に特に注意を払うべきである。

1）クロック周波数が高く高速バスサイクルのシステム。

（2）システムは，火花発生リレー，高電流スイッチなどの高出力，高電流駆動回路を含む。

3）弱アナログ信号回路，高A／D変換回路を含む。

システムの反電磁干渉能力を高めるためには、以下のような対策を講じる。

（1）低周波マイクロコントローラを選択する。

低外部クロック周波数でマイクロコントローラを選択することにより、効果的にノイズを低減し、システムの干渉防止能力を向上させることができる。方形波と正弦波は同じ周波数で，方形波の高周波成分は正弦波よりもはるかに多い。矩形波の高周波成分の振幅は基本波の振幅よりも小さいが，周波数が高いほど雑音源となりやすくなる。マイクロコントローラが生成する高周波ノイズは、クロック周波数の約3倍である。

信号伝送における歪みの低減

マイクロコントローラは、主に高速CMOS技術によって製造される。信号入力の静的入力電流は約1 mAであり、入力容量は約10 pFであり、入力インピーダンスは非常に高く、回路の出力端はかなりの負荷容量、すなわちかなりの出力値を有する。ゲートの出力端が長い入力線を通して入力インピーダンスを有する入力端子に導かれる場合、反射問題は非常に重大である。そして、それはシグナル歪みを引き起こして、系ノイズを生じる。tpdが1／4，5 trのとき，伝送線路問題となる。信号反射，インピーダンス整合などを考慮しなければならない。

プリント基板上の信号の遅延時間は、リード線の特性インピーダンス、すなわちプリント回路基板材料の誘電率に関係する。プリント配線板の信号の伝送速度は、光の速度の1／3〜1／2であると大まかに考えられる。マイクロコントローラで構成されるシステムの論理電話構成要素のtr（標準遅延時間）は3〜18 nsである。

プリント基板上では、7 Wの抵抗器と25 cm長のリード線を通過し、オンライン遅延時間は約4〜20 nsである。換言すれば、プリント回路上のリードの長さが短くなり、長さが25 cmを超えることはない。また、バイアの数も、可能な限り小さく、2以上のはずです。

信号の立ち上がり時間が信号の遅延時間より速い場合、高速エレクトロニクスに従って処理されるべきである。このとき、伝送線路のインピーダンス整合を考慮する必要がある。プリント基板上の集積ブロック間の信号伝送には，td‐sip 1，4，3 trdの状況を避ける必要がある。プリント回路基板が大きいほど、システムはより高速である。

プリント回路基板設計の規則は以下の結論で要約される。

信号がプリント基板上で送信されるとき、遅延時間は使用されるデバイスの公称遅延時間より大きくはならない。

（3）信号線間の交差干渉を低減する。

A点のTRの立ち上がり時間のステップ信号はリードABを介して端子Bに伝達される。D点において、点Aにおける信号の順方向送信、B点に到達した後の信号反射及びラインABの遅延により、Td時間後にTRの幅のページパルス信号が誘起される。点Cでは、AB上の信号の送信および反射のために、AB線上の信号の遅延時間の2倍の幅を有する正のパルス信号が誘導される。すなわち、2 TDの正のパルス信号である。これは信号間のクロス干渉である。干渉信号強度はc点信号のdi／atと線間距離に関係する。つの信号線があまり長くないとき、ABで実際に見られるものは2つのパルスの重ね合わせです。

cmos技術によるマイクロ制御は，高い入力インピーダンス，高い雑音，高い雑音耐性を有する。ディジタル回路は100〜200 mvの雑音で重畳され，それはその仕事に影響しない。最初の模擬試験がAB信号なら、干渉は耐えられない。プリント配線板が4層板であり、一方がグランドの大面積、両面基板であり、信号線の反対側がグランドの大面積であれば、信号間のクロス干渉を低減することができる。

その理由は、信号線の特性インピーダンスが大きい領域で小さくなり、D端の信号の反射が大幅に減少するからである。特性インピーダンスは信号線と接地間の誘電率の二乗に反比例し，誘電体厚みの自然対数に比例する。最初の模擬試験がABならば、ABへのCDの干渉は避けられるでしょう。AB線の下に広いエリアがあります。AB線からCDラインまでの距離は、AB線の接地よりも大きい。ローカルシールドグラウンドを使用することができ、接地線をリード線で片側にリード線の左右に配置することができる。

（4）電源からのノイズを低減する。

電源は、システムにエネルギーを供給するだけでなく、電源にもノイズを加える。回路のマイクロコントローラのリセットライン、割り込みラインおよび他の制御線は、外部ノイズによって、妨げられるのが簡単である。電力網への強い干渉は、電源を介して回路に入る。電池式システムであっても、バッテリ自体は高周波ノイズを有する。アナログ回路のアナログ信号は、電源からの干渉に耐えられない。

( 5 ) PCB及び高周波成分の高周波特性に注目

高周波の場合、プリント回路基板上のリード、ビア、抵抗、コンデンサ、コネクタ、インダクタンスおよびキャパシタンスの分布は無視できない。容量の分布インダクタンスは無視できず，インダクタンスの分布容量は無視できない。ワイヤ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、アンテナ効果が生じ、ノイズがワイヤを通じて放射される。

（6）部品の配置を合理的に分割する。

部品がプリント基板上に配置されているときには、反電磁干渉問題を十分に考慮すべきである。原則の1つは、部品間のリード線ができるだけ短くなければならないということである。

（7）デカップリングコンデンサの良好な使用

高周波数のデカップリングコンデンサは1 GHzまで高周波成分を除去できる。セラミックチップコンデンサや多層セラミックコンデンサの高周波特性は良好である。プリント回路基板の設計では、各集積回路の電源とグランドとの間にデカップリングコンデンサを追加しなければならない。デカップリングコンデンサは、2つの機能を有する。一方、集積回路のドアを開閉する瞬間に充電および放電エネルギーを供給し、吸収するのは、集積回路のエネルギー蓄積コンデンサである一方、デバイスの高周波ノイズをバイパスする。ディジタル回路では，0 . 1 ufの典型的なデカップリング容量は5 nh分布のインダクタンスを持ち，その並列共振周波数は約7 mhzであり，10 mhz以下の雑音に対して良好なデカップリング効果を持ち，40 mhz以上の雑音ではほとんど動作しないことを意味した。