PCB技術 - プリント基板電磁技術配線設計

プリント基板は、電子部品の回路部品および装置の支持部品である. これは、回路コンポーネントとデバイスの間の電気的接続を提供し、様々な電子デバイスの最も基本的なコンポーネントです. 現在,電子機器に広く用いられている大規模集積回路, そして、プリント回路基板上のコンポーネントの実装密度は増加している, そして、信号伝送速度が速くなっている. これに起因するEMC問題もますます顕著になっている.プリント配線板は、単板（単層板）、二層板（二層板）、多層板に分かれている. 単一およびデュアルボードは、通常、低および中密度配線および低集積回路に使用される, 中PCB多層 ボードは、高密度配線と高集積回路を使用します. シングルボードとダブルボードは高速回路には適していない, そして、シングルおよび両面配線は高性能回路の要件を満たすことができない. 多層配線技術の開発は、上記の問題を解決する可能性を提供する, そして、そのアプリケーションはますます普及している.

多層配線の特徴

回路基板は、有機および無機の誘電材料から成り、多層構造を有する。層はビアで接続される。めっきまたは充填金属材料を介して、層間の電気信号伝導を実現することができる。以下の特徴により多層配線が広く用いられている。

専用の電源層および接地ワイヤ・レイヤーは、多層ボードにおいて、提供される。電力層は、干渉を低減するためのノイズ源として使用することができる同時に、電力層は、共通インピーダンス結合干渉を除去するために、システムの全ての信号にループを提供することができる。電源系の電源ラインのインピーダンスを減らす。そして、それによって、一般のインピーダンス干渉を減らす。

多層 基板は特殊なグラウンド層を用い，すべての信号線は特殊な接地線を有する。信号線の特性：安定したインピーダンス、良いマッチング、反射に起因する波形歪みを減らす特殊な接地層を使用し、信号線と接地線との間の分布容量を増加させ、クロストークを低減する。

第3に、プリント回路基板の積層設計。

の配線規則PCBボード.

多層板の電磁両立性解析は、キルヒホッフの法則とファラデーの法則に従って行うことができる。Kirchhoffの法則によれば、信号源から負荷までの任意の時間領域伝送信号は、最も低いインピーダンス経路を有する。

多層基板を有するPCBは，多層基板を直流（dc）電源または接地基準面に使用できる高速で高性能なシステムで使用される。電力または接地層として十分な層があるので、これらの平面は、通常、平面に分割されないので、異なる層の電圧を同じ層に配置する必要はない。この層は、隣接する伝送線路上の信号に戻る電流ループとなる。低インピーダンス電流ループを構築することは、このタイプの平面層EMCの主要な目標である。

信号層は、参照平面の物理層の間に分配され、それらは、対称のストリップラインまたは非対称ストリップラインであり得る。多層基板の構造及びレイアウトについては、例えば12層基板で説明する。その階層構造はT−P−S−P−S−B−Tであり、Tは最上位層、Pは基準面、Sは信号層、Bは最下層である。上から下まで、1層、2層、・・・12層。部品の上下のパッドとして、信号は上部と下部との間の長距離を通じて伝送することができず、トレースの直接放射を減少させることができる。不一致の信号線は互いに分離されなければならない。目的は互いの結合干渉を避けるためである。高周波および低周波、高電流および小電流、デジタルおよびアナログ信号線は互換性がない。不整合のコンポーネントは、コンポーネントレイアウトのためのプリント板の異なるポジションに置かれるべきである。そして、それらを配置するときに、信号線を絶縁することに注意を払わなければならない。デザインには3つの課題が注目されるべきである。

どの基準層が異なる直流電圧に対して複数の電力領域を含むかを決定する。第11の層が複数のDC電圧を有すると仮定すると、設計者は、ループ電流が第10の層の上方の基準面を通過することができず、かつ、ステッチコンデンサが使用される必要があるので、第10の層および底部層からできるだけ遠くに高速信号を維持しなければならない第3に、第5、第7および第9の層は、高速信号のための信号層である。可能なルーティングチャネルの数が最適化層上で決定できるように、キー信号のルーティングをできるだけ一方向に配置する必要がある。層間の信号トレースは互いに垂直なものでなければならず、これは電場と磁界との間の結合干渉を低減することができる。第3層および第7層は、「東西」配線で設定可能であり、第5層、第9層は「北−北」配線で設定することができる。生地の層は、目的地に到達する方向に基づいているべきです

高速信号ルーティング中の層数の変化と、その層が独立したルーティングで使用され、リターン電流が基準面から必要な新しい基準面に流れることを保証する。これは、信号ループの面積を減少させ、ループ差動モード電流放射およびコモンモード電流放射を減少させるためである。ループの放射強度は、ループの面積に比例する。実際には、最良の設計は基準面を変更する必要はなく、基準面の片側のみを変更する必要があり、他の側に戻る必要があるだけである。例えば、信号層の組み合わせを信号層対とすることができる。しかし、第3層および第9層の組み合わせは、第4層から第8層への戻り電流を必要とするため、使用することはできない。デカップリングコンデンサをビアの近くに配置することができるが、リード及びビアインダクタンスの存在により高周波数でその機能を失うことになる。しかし、そのようなトレースは、信号ループの面積を増加させ、不利には電流放射を減少させる。

参照層の直流電圧を選択する。この場合、プロセッサの内部信号処理速度が速くなるため、電源グランド基準ピンにノイズが多く発生する。したがって、プロセッサに同じDC電圧を供給して、できるだけ効率的にデカップリングコンデンサを使用するときに、減結合コンデンサを使用することは重要である。これらの構成要素のインダクタンスを減少させる最良の方法は、できるだけ短く、可能な限り短く、そして、厚すぎるように、できるだけ短いトレースを接続することである。

第2の層が「接地」として割り当てられ、第4の層がプロセッサの電源として割り当てられるとき、より遠くのビア距離は、プロセッサの最上位層およびデカップリングコンデンサであるべきである。ボードの底面に広がるスペースには重要な電流はなく、短絡したときのアンテナ機能はない。カスケード設計レイアウトの基準構成を表1に示す。

20 Hルール、3 Wルール。

多層基板ボードのキャパシタ設計の電源層と基板のエッジとの間の距離を決定するために、2つの基本的な原理があり、プリントストリップ間の距離を解決するために、20−H法および3−W方法がある。

20 Hの原理：RF電流は、通常、パワープレーンのエッジに存在する。これは磁束の関係による。高速デジタル論理およびクロック信号が使用されるとき、RF電流は、図1に示すように互いに結合される。この効果を低減するために、パワープレーンの物理的な大きさは、接地面に最も近い物理的サイズよりも少なくとも20 h小さい（Hは、パワープレーンとグランドプレーンとの間の距離である）。パワープレーンのエッジ効果は一般的に約10 Hで起こり、20 Hでは磁束の約10 %が遮断され、磁束の98 %に達すると、図1に示すように100 %の境界値が要求される。20 Hルールは、銅クラッド積層体、プレフィリングおよび絶縁分離層の厚さを含むパワープレーンと最寄りのグランドプレーンとの間の物理的距離を決定する。20 Hを使用することにより、PCBの共振周波数を増加させることができる。

3Wルール：2つの間の距離 プリントプリント 線は小さい, 電磁クロストークが発生する, 関連する回路の正常な動作に影響する. この干渉を避けるために, 印刷ライン間の距離は、3回, それで, 3 W以上（Wはプリントラインの幅). プリントライン幅は、ラインインピーダンス要件に関連する. 配線密度が大きすぎると配線密度に影響する, 信号の完全性に影響する狭すぎる, そして、狭すぎると、送信端末の強度に影響する. 3 W原理の基本応用対象はクロック回路である, 微分ペアと私/Oポート配線. 「3 - W原理」は、単にクロストークエネルギーが70 %だけ減衰する電磁フラックス境界を指摘する. より高い要件が必要なら, 例えば, クロストークエネルギー減衰が98 %減衰することが保証される電磁磁束境界は10でなければならない.