PCB技術 - PCB積層信号平面スタッキングの設計法

PCBの各層は電気的挙動を決定するのに特定の役割を果たす。信号平面層は、コンポーネント間の電力および電気信号を運ぶが、銅層を内部層に正しく配置しない限り、それらは適切に動作しないことがある。信号層に加えて、PCBは電源と接地層を必要とし、新しい基板が動作するようにPCBスタックに配置する必要があります。

権力はどこ, 接地と信号層? これは2008年の長い論争の一つです PCB設計, 設計者は慎重にボードの意図した使用を考慮する, コンポーネントの機能, とボード上の信号許容度. あなたがインピーダンス変動の限界を理解するならば, ジッター, 電圧リップルとPDNインピーダンス, クロストーク抑制, あなたは、ボード上に配置する信号層と平面層の正しい配置を決定することができます.

一般的に、コンセプトのあなたの証明は、ブレッドボード上で動作する場合は、2層のボード上の任意の優先レイアウト手法を使用することができますし、ボードが最も動作します。あなたはEMI抑制の程度を提供するために高速信号を処理するためにグリッド接地アプローチを使用する必要があります。高速または高周波数（またはその両方）で動作するより複雑な機器に対しては、電力層、接地層、および2つの信号層を含む少なくとも4つのPCB層が必要である。

信号プレーン・レイヤーの必要数を決定するときに、第1の考慮はシグナルネットワークのナンバーおよびシグナルの間の近似幅および間隔である。スタックに必要な信号層の数を推定しようとすると、2つの基本的な手順をとることができます。

ネットカウントを決定します：ボードの上で必要とされる信号層の数は、thの単純なネットカウントを使って推定されることができます

E回路図と提案基板サイズ層の数は通常、分数（net *線幅）／（板幅）に比例する。言い換えれば、より広いラインを有するより多くのネットワークは、より大きなボードまたはより多くの信号層を必要とする。任意のボードサイズですべてのネットワークに対応するために必要な信号層の正確な数を決定するためにデフォルトでここでの経験を使用する必要があります。

あなたの平らな層を加えてください：あなたが制御されたインピーダンスで信号層をルートにする必要があるならば、あなたは現在、制御されたインピーダンス信号層のためにリファレンス層を置く必要があります。部品が密に充填されている場合、パワーガイドを収容するために表面層に十分なスペースが存在しないので、コンポーネント層の下にパワープレーンが必要である。これは、高正味のHDIボードに対して必要とされる2層の表面層をもたらすことがあるが、リファレンス層は、シールドおよび一貫した特性インピーダンスを提供する。

一旦多層のために層の正しい数が決定されるならば、あなたはPCBスタックで層の数を準備するために進むことができます。

デザインPCB積層

PCB積層設計の次のステップは、各層をルーティングを提供するように配置することである。あなたのラミネートは、通常、高温アセンブリと操作の間に反りを防ぐために中心コアの周りに対称的に配置されます。インピーダンス制御を確実にするために異なる配線配置のために特定の方程式を使用する必要があるので、平面層と信号層のレイアウトはインピーダンス制御配線にとって重要である。

剛直な柔軟なラミネート設計のために、あなたは堅い柔軟な地域のためにラミネートで異なる地域を定める必要があります。アレグロの層スタック設計ツールは、このプロセスを容易にします。空のPCBレイアウトとして回路図をキャプチャした後、異なるレイヤーを介してレイヤースタックと遷移を定義できます。次に、制御インピーダンス配線に必要な配線寸法を決定することができる。

リボン線路とマイクロストリップ線路と制御インピーダンス

インピーダンスを制御するために、2つの平面層の間の内層の配線をストリップラインインピーダンス方程式を用いて設計しなければならない。式は、リボン線が特定の特性インピーダンス値を有するのに必要な幾何学的形状を定義する。インピーダンスを決定する式には3つの異なる幾何学的パラメータがあるので、単純なアプローチは、最初に与えられた板厚の層厚を決定するために必要な層の数を決定することである。内部信号面層の銅重量は通常0.5または1 Ozであるこれは、特定の特性のインピーダンスを決定するためのパラメータとして線幅を使用する。

表面層上のマイクロストリップラインについても同様である。層の厚さと銅の重量を決定した後、特性インピーダンスを定義するために使用される線幅を決定するだけでよい。PCB設計ツールは、彼らがCHAを定めるように、あなたが配線のサイズを決定するのを助けることができるインピーダンス計算機を含みます

レーシックなインピーダンス。差分ペアが必要な場合は、単に行の間の適切な間隔を決定する差分ペアとインピーダンス計算機として、各層の行を定義します。

それらは、実際の基板上の配線中に電気的または誘導的に他のトレースおよび導体に結合されてもよい。近傍導体からの寄生容量およびインダクタンスは、実際のレイアウトにおいて配線インピーダンスを変えることができる。スタック内のすべての層のインピーダンスターゲットに到達したことを確認するには、インピーダンス解析ツールを使用して、選択された信号ネットワーク全体にインピーダンスを追跡する必要があります。PCBレイアウトの容認できない大きな変化を見るならば、あなたは配線を速く選ぶことができて、相互接続のこれらのインピーダンス変化を除くために配線を調節することができます。

トレースに沿った大きなインピーダンス変化は赤でマークされます。この領域におけるトレース間の間隔は、このインピーダンス変化をなくすために調整されなければならず、許容可能な許容範囲内にそれをもたらす必要がある。設計ルールの所望のインピーダンス公差を定義することができ、レイアウト後、インピーダンス計算ツールは所望のインピーダンス値に対して配線をチェックする。

以上の議論において、アナログ信号よりも要求されるディジタル信号のみを研究した。完全なアナログボードやミックス信号ボードについてはどうですか？アナログボードでは、電源の整合性は非常に簡単ですが、信号の整合性ははるかに困難です。ミックスされた信号ボードについては、ここで説明したアナログアプローチで上記のデジタルアプローチを組み合わせる必要があります。

信号分離

別のオプションは、基板のさまざまな部分間の絶縁を確保するために接地銅粉やフェンシングの使用を必要とする、より多くです。アナログ配線の隣にグランドキャスティングを行うと、高アイソレーションを有するコプレーナ導波路が作成され、高周波アナログ信号をルーティングするための共通の選択である。フェンスまたは他の高周波導電分離構造が使用されることになっている場合、電磁界ソルバを使用して分離をチェックし、異なる信号層のアイソレーションが選択されなければならないかどうか決定する。

帰り旅行計画

プレート上のアナログ信号とデジタル信号の混合は、接地ループの変位電流を追跡することと、デジタルおよびアナログ板部分との間の分離に厳しい要件を課す。回路基板は、アナログリターンパスがデジタルコンポーネントの近くで交差しないことを確実にするように構成されなければならない。これは、単にデジタル信号とアナログ信号をそれぞれのグランド層によって分離された異なる層に分割する。これはコストに追加されますが、別の部品間の分離を保証します。

アナログ電源がAC電源から抽出される場合、アナログコンポーネントはまた、専用のアナログ電力ボードを必要とすることができる。パワーエレクトロニクスの外側では、これはまれな状況ですが、概念的には、リターンパス計画を分析することができる限り、処理するのは簡単です。アナログ電源部分がデジタル信号部分の上流に置かれて、切り離される場合、単一の電源プレーンは両方のシグナルに捧げられることが可能である。リターンパスが適切に計画されるならば、異なる電源および接地部品間の干渉は予防されることができる。スイッチングレギュレータを有するDC電源の場合、DC信号部分からのスイッチングノイズは、デジタル信号がアナログ信号から分離される必要があるように、AC部分から分離される必要がある。