PCB設計に関連する問題を見てください

PCB設計とは、回路図と回路レイアウトの設計を通じて、可能な限り低コストで回路基板を製造することを指します。 これまでは高価な専用工具で行うのが一般的でしたが、今では無料の高性能ツールで

PCB設計とは、回路図と回路レイアウトの設計を通じて、可能な限り低コストで回路基板を製造することを指します。 これまでは、高価な専用ツールを使用するのが一般的でしたが、現在、designSpark PCB や設計モデルなどの無料の高性能ソフトウェア ツールの普及により、回路基板設計者の設計速度は大幅に加速されています。

エンジニアリング設計者は、完璧な設計スキームが問題を回避する最善の方法であることを知っていますが、根本的な原因ではなく症状に対処する一方で、時間とお金の両方を浪費する方法であることには変わりありません。 たとえば、電磁環境適合性 (EMC) 試験段階で問題が見つかった場合、多額のコスト投資が発生し、元の設計スキームの調整と再作成が必要になり、数か月かかることもあります。

チャレンジ

PCB レイアウトは、設計者が最初に直面しなければならない問題です。 この問題は図面の一部の内容に依存しており、いくつかのデバイスは論理的な考慮に基づいて一緒に設定する必要があります。 ただし、センサーなどの温度に敏感な要素は、電力変換器などの発熱要素とは別に設定する必要があることに注意してください。 複数の電力設定を使用する設計では、12V および 15V の電力コンバーターを回路基板の異なる位置に設定できます。これは、それらによって生成される熱と電子ノイズが他のコンポーネントや回路基板の信頼性と性能に影響を与えるためです。

上記のPCBコンポーネントは、回路設計の電磁性能にも影響を与えます。これは、回路基板の性能とエネルギー消費にとって重要であるだけでなく、回路基板の経済にも大きな影響を与えます. したがって、ヨーロッパで販売されるすべての回路基板機器は、他のシステムに干渉しないことを証明するために CE マークを取得する必要があります。 ただし、これは通常、電源の観点からのみです。 また、DC-DCコンバータや高速データコンバータなど、ノイズを発生するデバイスも数多くあります。 回路基板の設計上の欠陥により、これらのノイズがチャネルに取り込まれ、小さなアンテナとして放射され、ノイズや異常な周波数領域が発生する可能性があります。

遠距離電磁干渉 (EMI) の問題は、ノイズ ポイントにフィルターを設置するか、金属製の筐体を使用して信号をシールドすることで解決できます。 ただし、回路基板上の電磁干渉 (EMI) を解放できる機器には十分な注意を払う必要があります。これにより、回路基板はより安価なシェルを選択できるため、システム全体のコストを効果的に削減できます。

回路基板設計の過程で、電磁干渉 (EMI) は確かに注意を払わなければならない要素です。 電磁クロストークがチャネルと結合する可能性があり、信号がノイズに変わり、回路基板の全体的なパフォーマンスに影響を与えます。 カップリング ノイズが高すぎると、信号が完全にカバーされてしまう可能性があります。 したがって、通常の状態に戻すには、より高価な信号増幅器を取り付ける必要があります。 しかし、回路基板設計の初期段階で信号回路のレイアウトを十分に検討することができれば、上記の問題を回避することができます。 回路基板の設計は、さまざまなデバイス、さまざまな使用場所、さまざまな熱放散要件、およびさまざまな電磁干渉 (EMI) 条件によって異なるため、設計テンプレートが使用されます。

静電容量は信号の伝播速度に影響を与え、電力の消費を増加させるため、回路基板の設計において無視できない重要な問題でもあります。 チャネルは隣接するラインと結合したり、2 つの回路層を垂直に交差したりして、意図せずにコンデンサを形成します。 上記の問題は、平行線の長さを短くし、一方の線にキンクを取り付けて結合を切断することで、比較的簡単に解決できます。 ただし、エンジニアリング設計者は、PCB 製造の設計原則を十分に検討し、設計スキームが PCB 製造に便利であることを確認し、過度のライン曲げ角度によるノイズ放射を回避する必要もあります。 ライン間の距離が近すぎる場合もあり、特にラインの屈曲部でライン間に短絡が発生します。 時間が経つと金属の「ヒゲ」が出てきます。 通常、PCB デザイン ルールの検出では、ループ リスクが通常よりも高い領域をマークできます。

この問題は、グランドプレーンの設計で特に顕著です。 金属回路層は、その上下のすべてのラインとの結合を形成する場合があります。 金属層は効果的にノイズをブロックできますが、関連する静電容量も生成し、ラインの走行速度に影響を与え、消費電力を増加させます。

多層 PCB の設計に関する限り、ビア設計は回路基板の生産と製造に多くの問題をもたらすため、異なる回路基板層間のビア設計はおそらく最も論争の的となる問題です。 回路基板層間のスルーホールは、信号の性能に影響を与え、回路基板設計の信頼性を低下させるため、十分に注意する必要があります。