PCB技術 - 高速高密度PCB設計に課題

PCB製品の機能がますます複雑になり、性能が高くなるにつれて、プリント基板の密度と関連機器の周波数が増え続け、エンジニアは高密度PCB設計の面でますます多くの挑戦に直面している。

周知の信号完全性（SI）問題に加えて、高速PCB技術の次のホットスポットは電力完全性（PI）、EMC/EMI、および熱分析であるべきである。

また、競争が激しくなるにつれて、PCBメーカーも製品時間の圧力に直面している。先進的なEDAツールと最適化方法とプロセスをどのように利用して、高品質、効率的に設計を完成するかは、システムメーカーと設計エンジニアが直面しなければならない問題となっている。

ホットスポット：信号完全性から電力完全性への変換高速設計の面で、人々はまず信号完全性の問題を考えている。信号完全性とは、主に信号線上で伝送される信号の品質を指す。回路内の信号が所望のタイミング、持続時間、電圧振幅で受信チップのピンに到達できる場合、回路は良好な信号完全性を有する。信号が正常に応答できない場合、または信号品質がシステムを長期的に安定して動作させることができない場合、信号完全性の問題が発生します。

信号完全性は主に遅延、反射、クロストーク、タイミング、発振などの面に現れている。一般的に、システムが50 MHzで動作すると、信号完全性の問題が発生し、システムとデバイスの周波数が上昇するにつれて、信号完全性の問題がますます際立ってくると考えられている。

コンポーネントとPCBボードのパラメータ、PCBボード上のコンポーネントレイアウト、高速信号配線などの問題はすべて信号完全性の問題を招き、システムの動作が不安定になり、正常に動作しなくなる。数十年にわたる信号完全性技術の発展を経て、その理論と分析方法はますます成熟してきた。信号完全性の問題については、信号完全性は一人の問題ではなく、設計チェーンの各方面に関連しており、システム設計エンジニア、ハードウェアエンジニア、PCBエンジニアだけでなく、製造業も無視できない。

信号完全性の問題を解決するためには、先進的なシミュレーションツールを使用する必要があります。信号完全性については、電力完全性は比較的新しい技術であり、現在の高速、高密度PCB設計における最大の課題の1つと考えられている。電力完全性とは、高速システムにおいて、電力伝送システム（PDS電力伝送システム）が異なる周波数で異なるインピーダンス特性を有することを意味するので、回路基板とPCB上の各層間の電圧は回路基板によって異なる。これにより、電源遮断、電源ノイズ、チップが正常に動作しなくなり、高周波放射線のため、電源完全性の問題もEMC/EMIの問題をもたらします。

この場合、電源整合性の問題は、基板の層間距離設計を最適化すること、およびPCBレイアウトまたは電源と接地ノイズを低減するための適切なマッチングなどの他の方法によってのみ解決できます。（電力伝送システム）とともに、EMC/EMIを抑制する。信号完全性と電力完全性の関係について、信号完全性は時間領域の概念である。より良い理解は、電力完全性が周波数領域における概念であることである。信号の完全性よりも難しい。誠実さはこれと似ている。「電力整合性はエンジニアのスキル要件が高く、高速設計への新たな挑戦です。ボードレベルだけでなく、チップとパッケージレベルにも関連しています。高速回路基板設計に従事するエンジニアは、信号整合性を解決した上で電力整合性を行うことをお勧めします。

「ソフト」あなたの設計はシミュレーションシミュレーションによって仮想試作機のテストであり、問題のさまざまな側面を考慮しています。

PCB設計がますます複雑になるにつれて、エンジニアはすべてのソリューションを実現することができなくなり、この場合は実験ではなく高度なシミュレーションで判断するしかない。現在のシステム設計では、高速、高密度回路基板による課題に直面するほか、製品圧力の迅速な導入により、シミュレーションがシステム設計に不可欠な手段となっている。