高周波基板設計における特別な問題への対処

高周波回路は、高速化、低消費電力化、小型化、高耐干渉化の方向に進んでいます。 まず、高周波 PCB 配線を紹介し、次に高周波回路基板のレイアウトを紹介します。 それでは見てみましょう。

現代の電子産業の急速な発展に伴い、デジタルおよび高周波回路は、高速、低消費、小型、高耐干渉の方向に発展しており、高周波回路基板の設計に対するより高い要件が提唱されています。 本日は、高周波基板設計における特別な対策をご紹介します。

1、高周波PCB配線

高周波回路の Protel 99SE の PCB システムは、32 の信号層、16 の機械層、ユーザーが選択できるはんだマスク層やはんだペースト層などの 70 を超える作業層を提供できます。 レイヤーを合理的に選択することで、PCB のサイズを大幅に縮小し、寄生インダクタンスを効果的に減らし、信号の伝送長を効果的に短縮し、信号間の相互干渉を大幅に減らすことができます。 これらはすべて、高周波回路基板の信頼性にとって有益です。 経験上、4層基板のノイズは、同じ材料の両面基板のノイズよりも20dB低くなります。 しかし、層の数が増えるほど、製造プロセスが複雑になり、コストが高くなります。 高周波回路は高集積化・高密度化の傾向にあります。

高周波ボード

1. 電源線とアース線の配線

アース線は電流ループを形成できないため、電力線とアース線を互いに近づけて、囲まれた領域を最小限に抑えて電磁干渉を低減する必要があります。 局所的な電流が多段回路で接地抵抗干渉を発生させないようにするために、すべての段の回路を 1 点で接地 (または可能な限り集中接地) する必要があります。 高周波回路基板が 30 MHz を超える場合は、大面積接地を採用する必要があります。 このとき、すべてのレベルの内部コンポーネントも小さな領域で接地する必要があります。 一般に、配線中のワイヤ幅は 12 ～ 80 ミル、電源ラインは通常 20 ～ 40 ミル、アース線は通常 40 ミル以上です。 可能であれば、ワイヤはできるだけ広くする必要があります。

2. 高周波回路基板配線の一般原則

高周波回路部品のピン間の配線は短いほど良く、曲がりが少ないほど良い。 ワイヤは、できればまっすぐにする必要があります。 鋭利な曲げや鋭利な角はできる限り避けてください。 回転が必要な場合は、円弧または破線を使用して移行する必要があります。 この要件は、低周波回路での鋼箔の固定強度を向上させるためにのみ使用されますが、高周波回路でこの要件を満たすことで、高周波信号の外部伝送と相互結合を減らすことができます。 高周波基板の配線では、隣接する層で横配線と縦配線を交互にとったほうがよい。 同一層内での並列配線は避けられませんが、干渉を低減するために、PCB の背面の広い領域にグランド ワイヤを配置することができます。 一般的に使用される両面ボードの場合、多層ボードは中間の電力層を使用してこの機能を実現できます。

3. 統合チップの PCB 配線

高周波デカップリング コンデンサは、各集積回路ブロックの近くに配置する必要があります。 Protel 99SE ソフトウェアは、コンポーネントを自動的に配置するときに、デカップリング コンデンサとデカップリングされた集積回路の間の位置関係を考慮しないため、ソフトウェアがそれらを配置すると、それらが離れすぎてしまい、デカップリング効果が良くありません。 この場合、コンポーネントを手動で動かしてそれらを近づけることにより、2 つの位置に事前に介入する必要があります。

4. 銅張り

銅コーティングの主な目的は、回路の干渉防止能力を向上させることですが、PCB の熱放散と強度に非常に有益です。 銅の接地もシールドの役割を果たすことができます。 ただし、大面積のストリップ銅箔は、PCBを長時間使用すると発熱が大きくなるため使用できません。 この時、剥き出しの銅箔は伸びやすく剥がれやすいです。 したがって、銅を使用する場合はグリッド銅箔を使用し、グリッドを回路の接地ネットワークに接続して、グリッドのシールド効果を高めることをお勧めします。 グリッドのサイズは、キー シールドの干渉周波数によって異なります。

2、高周波回路基板のレイアウト

レイアウト操作は、PCB 設計全体において非常に重要です。 レイアウトはルーティング操作の基本です。 完璧なコンポーネント レイアウトを実現するには、設計者は、回路の動作特性とルーティングの観点からコンポーネント レイアウトを検討する必要があります。

Protel 99SE には自動レイアウト機能があり、クラスタ化レイアウトと統計レイアウトの 2 つの機能があります。 ただし、高周波回路の動作要件を完全に満たすことはできません。 設計者はまた、PCB の製造可能性、機械構造、放熱、EMI (電磁干渉)、信頼性、シグナル インテグリティなどの側面からレイアウトを総合的に検討する必要があります。 PCB を効果的に改善し、レイアウトをより完璧にします。

高周波回路基板のレイアウトでは、設計者はまず構造に厳密に一致し、位置が固定されているコンポーネント (電源ソケット、インジケータ、コネクタ、スイッチなど) のレイアウトを検討し、次に特殊なコンポーネントのレイアウトを検討する必要があります。 回路上のコンポーネント（発熱体、トランス、チップなど）、そして最後にいくつかの小さなコンポーネントのレイアウト。 同時に、配線要件を考慮する必要があります。 高周波部品の配置は、信号線の相互干渉をできるだけ減らすために、信号線の配線をできるだけ短くするために、できるだけコンパクトにする必要があります。

1.機械構造

電源ソケット、インジケータ、コネクタ、およびスイッチはすべてそのようなコンポーネントであり、機械的寸法に関連するプラグインを配置します。 一般に、電源と PCB の間のインターフェースは PCB の端に配置され、PCB の端からの距離は通常 2mm 以上です。 表示 LED は、必要に応じて正確に配置する必要があります。 スイッチと、調整可能なインダクタや抵抗器などの一部の微調整コンポーネントは、調整と接続を容易にするために、PCB の端近くに配置する必要があります。 頻繁に交換が必要な部品は、交換しやすいように部品の少ない位置に配置する必要があります。 質量が 15g を超える部品はブラケットで固定し、大きくて重い部品を PCB に直接配置しないでください。

2.放熱

高出力管、変圧器、整流管、およびその他の加熱装置は、高周波で動作するとより多くの熱を発生します。 高周波基板を配置する場合は、通風、放熱に十分配慮してください。 これらのコンポーネントは、PCB の端または換気の良い場所に配置する必要があります。 ボードを垂直に置く場合、発熱体はボードの上部に配置する必要があります。 発熱体は、両面ボードの底面に配置しないでください。 高出力整流管と調整管はラジエータを装備し、変圧器から離してください。 電解コンデンサなどの熱部品も加熱装置から遠ざける必要があります。そうしないと、電解液が乾燥し、抵抗が増加して性能が低下し、回路の安定性に影響を与えます。

3. 特殊部品の配置

PCB 電源は内部に 50Hz の漏洩磁界を発生するため、低周波増幅器の一部に接続すると、低周波増幅器に干渉します。 したがって、これらは絶縁またはシールドする必要があります。

回路図に従って、アンプのすべてのレベルを一直線に配置することをお勧めします。 この配置の利点は、他の回路の動作に影響を与えることなく、すべてのレベルの接地電流がこの段階で流れることです。 入力段と出力段は、それらの間の寄生結合干渉を減らすために、できるだけ離す必要があります。 各ユニットの機能回路間の信号伝達関係を考慮し、低周波回路と高周波回路を分離し、アナログ回路とデジタル回路を分離する。 集積回路は、各ピンと他のデバイス間の配線接続を容易にするために、PCB の中央に配置する必要があります。

インダクタ、トランス、およびその他のデバイスには磁気結合があり、磁気結合を減らすために互いに直交するように配置する必要があります。 さらに、それらはすべて強力な磁場を持っているため、他の回路への影響を軽減するために、それらの周囲に適切な広いスペースまたは磁気シールドが必要です。

4.電磁干渉

電磁干渉を排除するために私たちが一般的に使用する方法には、ループの削減、フィルタリング、シールド、高周波デバイスの速度の最小化、PCB の誘電率の増加などがあります。

たとえば、集積回路のデカップリング コンデンサはできるだけ近くに配置する必要があります。 通常、10MHz 以下の動作周波数には 0.1uF のコンデンサを使用し、10MHz 以上の動作周波数には 0.01uF のコンデンサを使用します。

一部のコンポーネントまたはワイヤ間に大きな電位差がある場合は、放電を避けるために距離を長くする必要があります。 高電圧コンポーネントは、試運転中に手の届かない場所に配置する必要があります。 互いに干渉しやすい PCB コンポーネントは、近すぎてはなりません。 フィードバック干渉を避けるために、入力コンポーネントと出力コンポーネントはできるだけ離す必要があります。 高周波部品の分布パラメータを減らすために、一般的な回路 (低周波回路) を規則的に配置して、PCB の組み立てと溶接を容易にする必要があります。