PCB設計の実践的スキル

今日の小さな編集者は引き続き PCB 設計の実践的なスキルを紹介します

1. クロストークはありませんか?

変化した信号 (ステップ信号など) は、伝送線路に沿って A から B に伝搬し、結合信号が伝送線路 C-D に生成されます。 変更された信号が終了すると、つまり、信号が安定した DC レベルに回復すると、カップリング信号は消えます。 したがって、クロストークは信号のジャンプの過程でのみ発生し、信号の変化 (変換速度) が速いほど、発生するクロストークは大きくなります。

空間の結合電磁界は、無数の結合コンデンサーや結合インダクターの集合体として抽出できます。 結合コンデンサによって生成されたクロストーク信号は、被害者ネットワーク上で順方向クロストークと逆方向クロストーク Sc に分割でき、2 つの信号は同じ極性を持ちます。 インダクタの結合によって生成されるクロストーク信号も、反対の極性を持つ順方向クロストーク SL と逆方向クロストーク SL に分けられます。 インダクタンスとキャパシタンスの結合によって発生する順方向クロストークと逆方向クロストークは同時に存在し、それらの大きさはほぼ同じです。 このように、犠牲ネットワーク上の順方向クロストーク信号は、それらの反対の極性のために互いに打ち消し合い、逆方向クロストークの極性は同じであり、重畳されて強化されます。

クロストーク解析のモードには、通常、デフォルト モード、トライ ステート モード、ワースト ケース モード解析が含まれます。

デフォルト モードは、実際にクロストークをテストする方法と似ています。つまり、被害者ネットワーク ドライバーはフリップ信号によって駆動され、被害者ネットワーク ドライバーは初期状態 (ハイ レベルまたはロー レベル) を維持してから、クロストーク値を計算します。 この方法は、一方向の信号クロストーク解析により効果的です。 トライステート モードとは、侵害されたネットワーク ドライバがフリップ信号によって駆動され、影響を受けるネットワークのトライステート端子が高抵抗状態に設定され、クロストークを検出することを意味します。 この方法は、双方向または複雑なトポロジ ネットワークの場合により効果的です。 最悪の場合の分析では、被害者ネットワークのドライバーを初期状態に維持することを指し、シミュレーターは、各被害者ネットワークへのすべてのデフォルトの被害者ネットワークの合計クロストークを計算します。 この方法では、計算する組み合わせが多すぎてシミュレーション速度が比較的遅いため、通常、個々のキー ネットワークのみを分析します。

2. 伝導帯のグランドプレーン、つまりマイクロストリップラインの銅面積に規制はありますか?

マイクロ波回路の設計では、グランド プレーンの面積が伝送線路のパラメータに影響します。 具体的なアルゴリズムは比較的複雑です (関連する Angelan の EESOFT 資料を参照してください)。 一般的な PCB デジタル回路の伝送線路シミュレーション計算では、グランド プレーンの面積は伝送線路パラメータに影響を与えないか、影響を無視します。

3. EMC テストでは、クロック信号の高調波が規格を大幅に超えていることが判明し、デカップリング コンデンサのみが電源ピンに接続されていました。 電磁放射を抑制するために PCB 設計で注意すべき点は何ですか?

EMC の 3 つの要素は、放射線源、伝送経路、被害者です。 伝送経路は、宇宙放射線伝送と有線伝送に分けられます。 したがって、高調波を抑制するには、まずその伝搬経路を調べます。 電源のデカップリングは、伝導モードの伝達を解決することです。 また、必要なマッチングとシールドも必要です。

4. 4 層基板で両面設計の製品とそうでない製品があるのはなぜですか?

フローリングの役割については、いくつかの考慮事項があります。1、シールド。 2.放熱; 3.補強; PCB 処理の必要性。 したがって、フローリングを何層重ねても、最初に目にするのはその主な理由です。 ここでは主に高速の問題について説明するため、主にシールド効果について説明します。 表面の舗装は EMC に適していますが、島を避けるために、銅の舗装はできるだけ完全にする必要があります。 一般に、配線された多くの表面デバイスがある場合、銅箔の完全性を確保することは困難であり、内部信号のクロスセグメンテーションの問題にもつながります。 したがって、表面のデバイスや配線の多いボードには銅を敷設しないことをお勧めします。

5. バスのグループ (アドレス、データ、コマンド) が複数 (最大 4 つ、5 つ) のデバイス (フラッシュ、SDRAM、その他の周辺機器など) を駆動する場合、PCB 配線にはどの方法が使用されますか?

シグナル インテグリティに対するルーティング トポロジの影響は、主に、各ノードでの信号の到着時間の不一致、およびノードでの反射信号の到着時間の不一致に反映され、信号品質の低下につながります。 一般的に言えば、スター型トポロジーは、同じ長さの複数のスタブを制御して信号品質を向上させることにより、信号の伝送と反射の遅延を一定にすることができます。

トポロジを使用する場合は、信号トポロジ ノード、実際の動作原理、および配線の難しさを考慮してください。 バッファが異なれば、信号に対する反射効果も異なります。したがって、スター型トポロジーは、フラッシュおよび sdram へのデータ アドレス バス接続の上記の遅延を解決できず、信号品質を保証できません。 一方、高速信号は一般的に dsp と sdram の間で通信され、フラッシュの読み込み速度は速くないため、高速シミュレーションでは、実際の高速信号が出力されるノードでの波形を確保するだけで済みます。 フラッシュ時の波形に注意を払うことなく、効果的に機能します。 デイジー チェーン トポロジーと比較して、スター トポロジーは、特に多数のデータ アドレス信号がスター トポロジーを採用している場合、ルーティングがより困難です。 添付の図は、Hyperlynx シミュレーション データ信号を使用して DDR - DSP - FLASH トポロジーおよび DDR - FLASH - DSP に接続した場合の 150MHz でのシミュレーション波形を示しています。 2 番目のケースでは、DSP での信号品質はより良く、FLASH での波形はより悪く、実際の動作信号は DSP と DDR での波形であることがわかります。

6. 頻度が 30M を超える PCB の場合、PCB 配線に自動配線または手動配線が使用されているかどうか。 ケーブリングのソフトウェア機能は同じですか?

高速信号が絶対周波数または絶対速度ではなく、信号の立ち上がりエッジに基づいているかどうか。 自動ルーティングまたは手動ルーティングは、ソフトウェア ルーティング機能のサポートに依存します。 自動ルーティングよりも手動ルーティングの方が優れている場合もありますが、配電線のチェックやバス遅延補償ルーティングなどの一部のルーティングは、手動ルーティングよりもはるかに効果的で効率的です。 一般に、PCB基板は主に樹脂とガラス繊維クロスで構成されています。 比率が異なるため、誘電率と厚さが異なります。 一般に、樹脂含有率が高いほど、誘電率は薄くなります。 特定のパラメータについては、PCB メーカーにお問い合わせください。 さらに、新しいプロセスの出現に伴い、超厚バックプレーンまたは低損失 RF ボードのニーズに対応する特殊な材料で作られた PCB ボードもあります。

7. PCB 設計では、通常、接地線は保護接地と信号接地に分けられます。 電源グランドはデジタルグランドとアナロググランドに分かれています。 なぜアース線を分割する必要があるのですか？

ランド分割の目的は主に EMC を考慮したものであり、デジタル部の電源やグランドのノイズが他の信号、特に伝送路を通るアナログ信号に干渉することが懸念されます。 信号と保護接地の分割に関しては、EMC における ESD 静電放電の考慮は、私たちの生活における避雷針の接地の役割に似ています。 いくら分割しても、最終的には1つの土地しかありません。 ただノイズの出し方が違うだけです。

8. クロックを敷設する場合、両側にアース線シールドを追加する必要がありますか?

シールド付きアース線を追加するかどうかは、ボード上のクロストーク/EMI の状態によって異なります。 シールドされたアース線を適切に処理しないと、状況が悪化する可能性があります。

9. 異なる周波数のクロックラインを敷設する場合の対応策は?

クロック配線の配線については、シグナルインテグリティ解析を行い、対応する配線ルールを策定し、そのルールに従って配線を行うとよいでしょう。

10. PCB 単層基板を手配線する場合、上層または下層のどちらに配置しますか?

上層のアンプなら下層の配線。

この記事では、PCB 回路基板の設計における 10 の実践的な PCB 配線スキルを主に紹介します。