PCB 기술 - 좋은 PCB 레이아웃으로 고품질의 회로 기판을 더 빨리 만드는 방법

더 좋고 더 빠른 PCB를 얻기 위해 설계자는 회로 기판을 설계할 때 건축 자재, 컴포넌트 상호 연결 및 케이블 레이아웃 등 세 가지 주요 분야에 주의해야 합니다.

건축 자재

PCB 설계 과정에서 설계자는 주로 PCB 재료의 두 가지 주요 특징을 고려한다.그 중 하나는 개전 상수이고, 다른 하나는 손실각 정절이다.개전 상수는 신호가 회로판을 통과하는 속도에 영향을 준다.손실각 정절은 재료의 흡수로 손실되는 신호량을 말한다.FR4는 저주파 회로를 구축하는 데 사용되는 일반적인 재료이지만 주파수가 1GHz 이상인 회로의 경우 더 높은 품질의 재료가 필요합니다.

구성 요소 상호 작용

고주파 보드의 설계자에게는 컴포넌트와 PCB 사이의 연결 지점을 고려하는 것이 중요합니다.표면 장착 장치(SMD)의 사용은 구조적 특성과 지시선 길이가 작기 때문에 이 문제는 상당 부분 해결될 수 있다.그러나 주파수가 증가함에 따라 SMD 형식을 포함한 소스 없는 컴포넌트에는 비이상적인 특성이 있을 수 있습니다.설계자는 이러한 특성을 고려하여 보상해야 합니다.

레이아웃 추적

설계자가 건축 자재와 구성 요소의 선택을 만족스럽게 결정하면, 그/그녀는 저전력 환경에서 고속 운행을 실현하기 위해 노력해야 한다.여기에는 다음이 포함됩니다.

.차량 소음의 발생을 최대한 줄이다

. 흔적선 사이의 교란을 최소화

.지면이 반등하는 영향을 줄인다

. 임피던스 일치

. 정확한 신호선 끝 연결

소음 최소화

소음을 줄이는 데는 크게 두 가지가 있다.그중 하나는 전면적인 전력분배이고 다른 하나는 전력소음려과파와 관련된다.

설계자는 전체 PCB에 전원을 할당하기 위해 전원 평면 또는 전원 버스 네트워크를 사용할 수 있습니다.일반적으로 다중 레이어 PCB의 전원 레이어는 Vcc와 GND를 부품으로 전송하는 두 개 이상의 금속 레이어로 구성됩니다.전원 평면은 PCB의 거의 전체 영역을 덮기 때문에 직류 저항이 낮습니다.따라서 전력 평면은 Vcc 레벨을 일정하게 유지하면서 모든 부품에 Vcc 레벨을 균일하게 분포합니다.또한 소음 보호, 매우 높은 전류 흡수 능력 및 PCB가 휴대하는 신호를 잘 차단합니다.

전원 평면의 대안은 Vcc와 GND를 장치로 전송하는 두 개 이상의 넓은 금속 흔적으로 구성된 전원 버스입니다.이 방법은 전원 공급 장치보다 저렴하기 때문에 2 계층 PCB에서 자주 사용됩니다.전원 버스 네트워크를 사용하여 설계할 때 설계자는 동선 폭이 가능한 한 넓어야 합니다.그러나 전력 평면에 비해 전력 버스 네트워크의 직류 저항은 훨씬 낮다.

아날로그 및 디지털 전원을 장착한 항공기와 전원 버스를 분리하면 상호 작용을 방지하기 때문에 공기 중 소음 발생을 최소화하는 데 도움이 됩니다.그러나 전체 디지털 시스템에는 별도의 아날로그 전력 평면이 없을 수 있으며 설계자가 기존 레이어에 파티션 아일랜드 또는 분리 평면을 생성하지 않는 한 새로운 전력 평면을 추가하는 것이 매우 비싸질 수 있습니다.

시스템의 아날로그 전원 공급 장치와 디지털 전원 공급 장치 간에 이러한 평면을 분리하는 것이 권장되지만, 이 두 회로 유형 사이에는 여전히 불필요한 상호 작용이 존재할 수 있습니다.

추적 간의 상호 작용 최소화

수평선 사이의 불필요한 신호 결합은 직렬 교란을 초래할 수 있다.설계자는 적절한 경로설정과 레이어 스택에서 마이크로밴드 및 밴드형 레이아웃을 사용하여 직렬 간섭을 최소화할 수 있습니다.

인접한 두 신호층을 사용해야 할 때 설계자는 1층의 모든 흔적선을 다음 층의 흔적선과 일정한 각도로 배선하여 교란을 최대한 줄인다.직렬 교란을 최소화하는 데 사용되는 다른 기술은 신호 레이어와 인접한 평면 사이의 거리를 최소화하고 두 신호 레이어 사이의 거리를 늘리는 것입니다.

지면 반등의 영향을 줄이다.

더 빠른 디지털 장치를 사용하고 출력 전환 시간을 줄이면 부하 용량이 방출될 때 장치 출력에 더 높은 순간 전류가 표시됩니다.또한 논리적으로 높음에서 낮음으로 동시에 전환되는 장치의 출력이 여러 개 있을 수 있습니다.이와 동시에 땅에 전류를 주입하면 잠시 지전위가 상승하여 기선에 변화가 생길수 있다.이런 현상은 지면이 반등하는 것이다.접지 반등에 영향을 주는 주요 조건은 부하 용량, 콘센트 감각 및 동시 스위치 출력의 수량을 포함한다.

설계자는 다음과 같은 설계 방법을 사용하여 바닥의 반발을 줄입니다.

. 콘덴서 용접판 근처에 구멍을 뚫거나 짧고 넓은 자국선을 사용합니다.

. 전원 공급 장치에서 전원 평면, 섬 또는 디커플링 콘덴서로 연결되는 와이드 트랙과 쇼트 트랙을 사용합니다.이는 직렬 감지를 줄여 접지 반등 가능성을 줄이고 순간적으로 전압이 전원 핀에서 전원 평면으로 내려간다.

. 각 접지 핀 또는 오버홀을 접지 평면에 연결합니다.데이지 체인은 접지 경로를 공유하여 회로 전류 회로의 저항과 감지를 증가시킨다

. IC 제조업체의 권장 사항에 따라 디커플링 커패시터를 추가합니다.디커플링 콘덴서는 가능한 한 장치의 전원과 접지 핀에 접근해야 한다.

. 스위치 출력을 가능한 한 포장된 접지 핀에 접근

.상단 저항기 사용을 피하고, 드롭다운 저항기를 많이 사용한다

Vcc 및 GND 평면이 분리된 다중 계층 PCB를 사용하여 Vcc GND 평면의 고유 커패시터를 사용합니다.

. 동기화 스위치 핀의 영향을 받지 않으므로 동기화 설계를 사용합니다.

. 접지 핀과 전원 핀 사이의 거리가 매우 가까워 상호 감각이 떨어집니다. 두 핀의 전류 방향이 반대이기 때문입니다.

. 콘덴서 용접판에서 더 큰 오버홀 크기를 사용하여 디커플링 콘덴서의 감전을 최소화합니다.

. 표면을 사용하여 콘덴서를 설치하여 지시선 감지를 최소화합니다.

. 유효한 직렬 저항이 낮은 콘덴서를 사용한다.

임피던스 정합과 정확한 신호선 단말기.어댑티브 임피던스 라인을 따라 반사되는 신호는 로드 수신기에서 벨을 발생시킵니다.벨은 수신기의 동적 범위를 낮추기 때문에 수신기의 오류를 트리거할 수 있습니다.설계자는 적당한 신호선 단말기를 사용하여 반사를 제거하여 원본 저항이 흔적선 저항과 부하 저항과 같도록 한다.

임피던스를 올바르게 일치시키고 신호선을 종료하기 위해 설계자는 다음과 같은 방법으로 신호의 무결성을 보장할 수 있습니다.

. 구멍을 통과하면 임피던스 변화와 반사가 발생하므로 클럭 전송선에 구멍을 사용하지 마십시오.

. 평평하게 유지됩니다.직각 커브 대신 커브 궤적 사용

. 가능한 한 점대점 시계 추적을 사용하고 시계 신호를 종료하여 반사를 최소화합니다.

. 외부 장치를 사용하여 부하를 완충하고 부하 용량을 제한합니다.

.각 스위치 출력단에 직렬로 10~27옴의 저항을 증가시켜 전류를 제한한다

. 적절한 단자 저항을 배치하고 전송선과 단자 사이의 저항이 회선 저항과 일치하는지 확인합니다.

. 노이즈를 최소화하기 위해 참조 평면의 레이어 간에 클록 레이어를 라우팅합니다.

. 흔적선 길이를 5cm 이하, 임피던스를 65옴 이하, 금속지연을 940ps 이하, 감전값을 40nH 이하, 흔적선 용량을 20pF 이하, 총 용량을 30pF 이하로 유지한다.

결론

적절한 고주파 재료를 선택하는 것 외에도 설계자는 고주파에서 작동하도록 더 나은 PCB 레이아웃을 많이 사용할 수 있습니다.각 PCB는 고유하므로 애플리케이션에 맞게 사용자 정의해야 합니다.광범위한 기능을 제공하는 PCB CAD 또는 디자인 키트 소프트웨어를 사용하면 설계자를 도울 수 있습니다.