PCB技術 - 高速ADC PCBレイアウトと配線

高速PCBアナログ信号チェーンの設計では、プリント基板、PCBレイアウト、配線には多くのオプションを考慮する必要があり、他のオプションよりも重要なオプションもあれば、アプリケーションに応じたオプションもあります。最終的な答えはそれぞれ異なりますが、すべての場合、設計エンジニアはレイアウトの詳細に過度に関心を持つのではなく、ベストプラクティスのエラーを解消するように努力しなければなりません。今日お勧めするこの記事では、露出したパッドから順に、デカップリングと層容量、層結合と接地分離の4つの部分について説明します。

露出パッド

露出したパッド（EPAD）は無視されることがありますが、信号チェーンの性能を十分に発揮し、十分に放熱することが重要です。

ADI社がリード0と呼ぶ露出パッドは、現在ほとんどのデバイスで使用されているパッドです。これは重要な接続であり、チップのすべての内部接地はそれを通じてデバイスの下の中心点に接続されています。露出したパッドのため、多くのコンバータと増幅器は現在接地ピンが不足していることに気づいているかどうか知りたいです。

このピンをPCB基板に正しく固定（すなわち溶接）して、信頼性の高い電気的および熱的接続を実現することが重要です。このようなつながりが強くないと、混乱が発生します。言い換えれば、設計が無効になる可能性があります。

最適な接続の実現

露出パッドとの最適な電気的および熱的接続を実現するには、3つのステップがあります。

まず、可能な場合は、各PCB層上に露出したパッドをコピーする必要があります。その目的は、すべての接地層と密集した熱接続を形成し、急速に熱を放散することである。このステップは、高チャネル数を有する高電力デバイスおよびアプリケーションに関連している。電気的には、これはすべての接地面に良好な等電位接続を提供する。

露出したパッドを底部にコピーすることもでき、これは脱結合放熱の接地点と底側に放熱器を設置する場所として使用することができる。

次に、露出したマットを碁盤のように複数の同じ部分に分けます。オープン露出パッドに金網クロスメッシュを使用するか、はんだマスクを使用します。この手順により、デバイスとPCB基板間の安定した接続を確保できます。リフロー組立中に、はんだペーストがどのように流れ、最終的にデバイスをPCBに接続するかを決定することはできません。接続は存在する可能性がありますが、分布が均一ではありません。接続は1つしかないかもしれませんが、接続が小さいか、さらに悪いことに、隅にあるかもしれません。露出したパッドをより小さな部分に分割することで、各領域に接続点があることを確保し、より信頼性が高く、より均一な接続露出パッドを実現することができます。

第3に、すべての部品に接地された貫通孔があることを確保する。各領域は通常十分に大きく、複数の貫通孔を配置することができます。組み立てる前に、必ずはんだペーストやエポキシ樹脂で各ビアを充填してください。このステップは、露出したパッドペーストがこれらのスルーホールに逆流せず、正しい接続に影響を与えないようにするために重要です。

デカップリングと層容量

エンジニアは、インピーダンスの低い電源を接地するために回路基板上に多数の異なるサイズのキャパシタを分散するだけで、デカップリングを使用する目的を無視することがあります。しかし、問題は依然として存在します：どのくらいの容量が必要ですか？多くの関連文書は、送電システム（PDS）のインピーダンスを低減するために多くの異なるサイズのコンデンサを使用しなければならないことを示しているが、これは完全に正確ではない。逆に、PDSインピーダンスを低減するためには、正確なサイズと正確なタイプのキャパシタを選択する必要があります。

そうけつごう

いくつかのPCBレイアウトは、必然的に重複する回路層を有する。場合によっては、電源、接地、信号などの敏感なアナログ層であり、下の層は高ノイズのデジタル層である可能性があります。

これは、高ノイズ層が敏感なアナログ層の下の別の層に位置しているため、しばしば無視される。しかし、簡単な実験は事実がそうではないことを証明することができる。ある層を例にして、どの層にも信号を注入する。次に別の層を接続し、隣接する層をスペクトルアナライザに交差結合する。

どくりつゆか

アナログ信号チェーン設計者が最もよく質問する質問は、ADCを使用する場合、接地面はAGNDとDGND接地面に分けるべきですか？簡単な答えは：それによって異なります。詳細な答えは、通常は分離されていません。どうして？ほとんどの場合、接地面を盲目的に分離するとループのインダクタンスが増加するだけで、メリットよりも弊害が大きいからだ。