PCB メーカーが PCB 電源レイアウトを共有するためのルール

PCB レイアウトガイド

接地

スペースが限られている場合を除き、回路基板の設計には、電磁シールドを提供するために固体の電源グランドプレーンを含めることができます。レイヤー全体を使用できない場合は、少なくとも電源コンポーネントの下の領域全体をカバーする接地ポリゴンを検討してください。

電源のグランドプレーンは、ノイズカップリング効果を低減するために、回路の残りの部分の共通グランドから分離する必要があります。さらに、これら 2 つのグランド間の接続は、グランドループを防ぐためにボード上の 1 点に制限する必要があります。

マイクロ導電率

電源回路の配線は、抵抗損失や電磁ノイズの放射を抑えるため、できるだけ短く太くしてください。スペースが許せば、ポリゴンポアリングを使用することをお勧めします。これは、熱伝導率が重要なリニア電源にとって特に重要です。

回路基板の設計には、効果を高めるために、スルーホールを使用して電源プレーンとグランドプレーンを接続するソリッドフィルド内層を含めることをお勧めします。スルーホールはインピーダンスが増加するポイントとして機能するため、電源配線をある層から別の層に切り替えるためにスルーホールを使用することは避けてください。ポリゴンを接続する複数のスルーホールは、より優れたソリューションを提供します。

性能は銅層の厚さの影響を受けますが、厚さを増すと価格が高くなるため、コストと性能の間にトレードオフが生じる可能性があります。

導電性を高めるもう 1 つのオプションは、はんだマスクを変更して外側のプレート層にはんだ層を追加することです。ただし、回路基板上の電源コンポーネントが取り付けられているポイント間に PCB バスバーまたは外部ワイヤを追加することで、より優れたパフォーマンスを実現できます。

コンポーネントの配置

可能な限り最短の配線が必要なため、配線の長さを短くするには、電源コンポーネントをより良い方向にできるだけ近づける必要があります。これには、回路基板の両側に部品を取り付けることが含まれます。

トレースルート

理想的には、敏感な信号を伝送する配線は、接続されていない基板層の電源から離し、グランドプレーンを介して電源配線から分離する必要があります。信号配線は、電源から信号へのノイズ結合を防ぐために、電源を運ぶ電源配線と平行にしないでください。やむを得ず接近する場合は、信号配線と電源配線を 90 度で交差させて、ノイズ結合の影響を最小限に抑える必要があります。

circuit board

熱管理

すべての電源回路は熱を発生するため、回路基板の設計には熱管理を含める必要があります。したがって、レイアウトの主な考慮事項は、コンポーネントの配置であり、配線の長さを短く維持しながら、発熱体を熱感知素子から可能な限り分離する必要があります。

次の考慮事項は、回路基板の銅を使用して熱伝導性を提供することです。これにより、ホットスポットから離れた領域に熱がより均等に分散され、熱放散が可能になります。

スイッチングモード電源の潜在的な問題は、フィードバック制御回路に、熱スイッチング素子と同じ場所に配置する必要がある温度検出素子が含まれていることが多いことです。チェックしないと、ホットスポットによって電源が不安定になり、冷却の問題が悪化する可能性があります。

一般化

電源は、PCB の熱とノイズの問題のほとんどの原因となる可能性があるため、PCB 設計では最初からこれを考慮する必要があります。優れたボード設計は、優れた電源レイアウトから始まります。

電源部品なしで PCB を設計することは珍しいことですが、それが汎用部品であるからといって、PCB 設計に問題が生じないというわけではありません。考慮すべき主なバリエーションとして、リニア電源とスイッチングモード電源の 2 つがあります。これらは、PCB レイアウトの課題です。

リニア電源

リニア電源回路は本質的にシンプルで、PCB に直接取り付けることができるコンポーネントはほとんどありません。課題は、これらの回路が非効率であることです。これにより、放射熱および伝導熱として大量の電力損失を管理する必要が生じます。温度感知素子が PCB に取り付けられているか、保護のために環境的に密閉された筐体に囲まれている場合、この問題は困難であり、冷却オプションが制限される可能性があります。

スイッチング電源

スイッチング電源はリニア電源よりも回路が複雑になりますが、より効率的です。これは、PCB 設計者が熱管理に対処するためのエンジニアリング時間を短縮するため、良いことですが、残念ながら、一連のさまざまな問題を引き起こします。スイッチング回路は多くの電磁ノイズを生成する可能性があり、PCB 設計者はそれを管理する必要があります。この電気ノイズは、PCB 上の他の回路コンポーネントに影響を与え、回路基板の外に放出されて近くの機器に影響を与えます。極端な場合、電源回路で発生したノイズが主電源ラインを伝って戻り、同じ主電源に接続されている他の機器に影響を与えます。

もう 1 つの潜在的なノイズの問題は、スイッチングモード回路が出力でリップル電圧を生成することが多いことです。適切に管理されていない場合、並列または束ねられたワイヤ間の容量性または誘導性カップリングを通じて、回路基板に干渉を引き起こす可能性があります。より微妙な問題は、スイッチ回路が取り付けられている PCB で接地リバウンドが発生する可能性があることです。高速スイッチングは、スイッチアセンブリがグランドプレーンに接続されている回路基板のポイントで、グランド電位に過渡的な変化を引き起こします。これにより、回路基板のグランドプレーンに一時的な電位差が生じます。極端な場合、この違いにより、回路基板から離れた場所にあるコンポーネントが、この誤った電位差によって引き起こされるセンシング信号を観察して反応する可能性があります。

接地