PCB技術 - PCB設計における帯域幅設計手法の理解

印刷電子機器及びPCBに関する. 帯域幅設計技術を PCB設計, 後に印刷されたエレクトロニクス設計に同じ原理を適用. この記事で, 私は、帯域幅の私の理解とPCBと印刷エレクトロニクスにそれを適用する方法を説明します.

信号が時間領域から周波数領域へのフーリエ変換によって計算されるとき、信号はいくつかの周波数成分を含むことができる。時間領域信号は、すべての含まれる周波数成分の合計であり、信号の形状は、個々の周波数の電力レベルに依存する。デジタル信号はDC成分を含み、続いて多くの低強度AC成分が続き、その強度は周波数が高くなるにつれて減少する。より速い信号は、より高い周波数成分を意味する。これらのAC周波数の各々は、非常に狭い周波数帯域、すなわち単一周波数正弦波信号である。したがって、ディジタル信号は、DC信号と多数の正弦波信号との和である。純粋なAC信号は、DC成分を含まないので、狭帯域（サイン波など）であり得る。

信号情報は周波数範囲のどこかに位置し、この情報に必要なすべての周波数成分は帯域幅を決定する。帯域幅の外側の周波数は不要であり、例えば、フィルタリングによって拒絶され得る。なぜなら、これらの周波数は、信号に関する付加的な情報を伝えないからである。

帯域幅は、電気信号の作動領域として考慮することができ、電気信号の動作領域は、情報を失うことはなく、信号の電気的経路（すなわちルーティング）または負荷にも必要である。そして、それに応じて電子機器を設計し、最良の場合、信号がトレースに供給されるとき、それは変化しないままである。信号速度がトレースまたはフィルタの帯域幅より高い場合、信号は、特定の周波数成分がフィルタリングされることを通常意味する。トラッキング自体には帯域幅制限があります。

信号の帯域幅は、信号立ち上がり時間（10 %〜90 %）で決まる。

帯域幅= 0.35 / tr ( 1 )

信号周波数は、信号が異なるので、立ち上がり時間の要求ほど重要ではない。信号周波数が全く同じであっても、デジタル信号（50 %デューティサイクル）およびPWM信号（10 %〜90 %デューティサイクル）の立ち上がりおよび立ち下がり時間の要件は異なる。PWM信号において、「オン」状態が「オフ」状態（90 %）（デューティサイクルが10 %）であるときより短いとき、これは、立ち上がり時間が、より長い「オン」状態パルスと比較して、より速くなければならないことを意味する。もちろん、信号周波数も非常に重要である。なぜなら、周波数が高いほど、その立ち上がり時間が速くなる必要があるからである。この帯域幅規則は、信号帯域幅に関連する設計タスクの最初のツールです。昔、大学の電子設計講師に学んだことがあり、それ以来デザインを何度も使ってきました。

選択したRCフィルタ抵抗値が、信号ドライバの出力抵抗と同じオーミックレベルである場合、- 3 dB遮断周波数を計算するとき、出力抵抗も考慮に入れなければならない。

帯域幅は- 3 dBカットオフ周波数と同じことができる. カットオフ周波数は、このときの周波数がその元の電力レベルの半分に減衰されたことを意味する. 他のフィルタも使用できる. それは、最高を通してクロストークを最小にするのを意味します PCBスタック デザイン, しかし、フィルタを最小限にする別のツールを提供して. RCフィルタでフィルタリング. 100Ωの抵抗と100 pFのコンデンサを選びました. 加えて, また、信号ドライバの38Ω出力抵抗と10 pFの負荷容量を測定した, どちらを考慮に入れなければならない. RCフィルタ電卓で表示されるカットオフ周波数は以下の通りです。

F - 3 dB = 1 / 2

帯域幅の計算によれば、帯域幅の最も速い立上り時間は0.35 / 10.484 MHz = 33.4 nsである。

信号はデジタル信号である。形から、我々はフィルタリング後に情報を失っていないことがわかります。我々はまだ確実にパルスを論理1として検出することができ、信号は次のサイクルが始まる前に十分に速く行く。加えて、高周波数高調波は減衰されているので、ノイズが少ない。このようにして，ディジタルバストレースと高感度センサトレース間のクロストークを低減でき，再配線せずにセンサを動作させた。これは干渉信号のみをフィルタリングすることによって達成され、センサ帯域幅要件はデジタルバスよりも高いので、全くアナログ信号に触れない。

プリントエレクトロニクスでは、適切なレベルへの帯域幅を制限することは、PCBに比べてさらに重要である。プリント電子機器の帯域幅を制限する主な理由は、クロストークに起因する干渉を低減することである。インピーダンスとクロストークの点で最良のスタックを確立することによって、印刷された電子機器はより制限されており、限られたスルーレートでフィルタまたは信号を使用する必要がある。印刷された電子デバイスのスタッキングを考えると、互いに交差するトレースは局所的に薄いプリント誘電体層によって分離されるだけであることがわかる。その厚みは数十ミクロンであり、交差したトレース間の容量結合が非常に強いことを意味する。トレース間の静電容量は、交差領域とそれらの間の誘電体層の厚さに依存する。印刷された電子製品では、トレースはPCBに比べてしばしば広く、Sおよび誘電体層はPCBの場合よりもはるかに薄く、トレース間の静電容量が大きくなる。より大きなキャパシタンスは、より低い周波数がこの「キャパシタンス」を介して結合されることを意味する。また、レイアウト面積の大きさは製品サイズとほぼ同じであり、トレースの長さが非常に長くなり、トレースのインダクタンスが大きくなる。高いキャパシタンスのように、より高いインダクタンスは低い周波数に影響する。

関連する様々な材料やスタックのため, 印刷電子製品は低周波数帯域幅課題をもたらした, でも PCBメーカー これらの問題を解決することができます既知の原則と方法で広く使用されて PCB設計. 加えて, 帯域幅の理解は印刷エレクトロニクス設計において非常に重要であり、慎重な考慮を要する. 材料差のため, プリントエレクトロニクスにおける信号速度に関連する課題は、PCB, 印刷電子機器, 我々は、より少しの幻覚に直面するかもしれません.