PCB設計における信頼性設計仕様、配線、レイアウト

PCB 設計信頼性設計仕様の実用的な乾物は、主に、電子設計技術者が PCB レイアウト設計および商業生産用の設計ソフトウェアを使用する際に、最も効果的な信頼性設計ルールを覚えて実践する必要があることを紹介しています。

1. PCB 配線とレイアウトの分離基準: 強い電流と弱い電流の分離、大小の電圧の分離、高周波と低周波の分離、入力と出力の分離、デジタル アナログの分離、入力と出力の分離。 分割基準は一桁の差です。 絶縁方法には、空間分離とアース線分離があります。

2. PCB 設計における水晶振動子の配線: 水晶振動子は IC のできるだけ近くに配置し、配線は太く、水晶振動子のシェルは接地する必要があります。

3. クロック配線がコネクタを介して出力される場合、コネクタのピンは、クロック ワイヤ ピンの周囲のアース ピンで覆われる必要があります。

4. アナログ回路とデジタル回路に独自の電源とグランドの配線経路を持たせます。 可能であれば、これら 2 つの部分の回路の電源とグランド ワイヤを広げるか、別の電源層とグランド プレーンを使用して、電源とグランド ワイヤ回路のインピーダンスを減らし、電源とグランド ワイヤ回路で発生する可能性のある干渉電圧を減らします。

5. 独立して動作する PCB のアナログ グラウンドとデジタル グラウンドは、システムの接地点の近くで 1 点で接続できます。 電源電圧が一定であれば、アナログ回路とデジタル回路の電源を電源インレットに一点接続することができます。 電源電圧が一定でない場合、2 つの電源の近くに 1 ～ 2nf のコンデンサを配置すると、2 つの電源間の信号リターン電流の経路を確保できます。

6. PCB がマザーボードに挿入されている場合、マザーボードのアナログ回路とデジタル回路の電源とグランドも分離する必要があります。 アナログ グランドとデジタル グランドはマザーボードの接地点で接地し、電源はシステムの接地点の近くで一点に接続する必要があります。 電源電圧が安定している場合、アナログ回路とデジタル回路の電源は、電源インレットで一点に接続する必要があります。 電源電圧が一定でない場合は、2 つの電源の近くに 1 ～ 2nf のコンデンサを接続し、2 つの電源間の信号リターン電流の経路を確保する必要があります。

7. 高速、中速、低速のデジタル回路が混在する場合、PCB 上で異なるレイアウト領域を割り当てる必要があります。

8. 低レベルのアナログ回路とデジタルロジック回路は可能な限り分離してください。

9. 多層プリント基板の設計では、電源プレーンは接地面に近く、接地面の下に、金属面全体に隣接して配置する必要があります。

10. 多層プリント基板の設計は、デジタル回路とアナログ回路を分離し、条件が許せばデジタル回路とアナログ回路を別の層に配置する。 やむを得ず同一フロアに配置する場合は、溝を掘る、接地線を追加する、分離するなどの方法で対応できます。 アナログとデジタルのグランドと電源は分離し、混在させることはできません。

PCB 設計 配線とレイアウト PCB レイアウト

PCB 設計の配線とレイアウト - PCB レイアウト。 ここでは、PCB 設計の配線とレイアウトに関するいくつかの簡単なポイントを示します。 今後も更新を続け、より多くのことを学んでいきます。

1.クロック回路と高周波回路は主な干渉源と放射源であり、敏感な回路から離れて別々に配置する必要があります

2. 長距離伝送時の波形歪みに注意

3. 干渉源と影響を受けやすい回路のループ エリアを減らす最善の方法は、ツイスト ペアとシールド線を使用して、信号線と接地線 (または電流を運ぶループ) を一緒にツイストすることです。 接地線（または電流を運ぶループ）が最短です

4. 干渉源と誘導線の間の相互インダクタンスができるだけ小さくなるように、線間の距離を広げます。 可能であれば、干渉源ラインと誘導ラインを直角 (または直角に近い角度) に配置すると、2 つのライン間の結合を大幅に減らすことができます。

5. 容量結合を減らすには、ライン間の距離を広げることが最善の方法です

6. 正式な配線の前に、まず回線を分類します。 主な分類方法は電力レベルに基づいており、30dB の電力レベルごとにいくつかのグループに分けられます。

7. 分類の異なる電線は束ねて別々に敷設してください。 隣接する導体は、シールドまたはツイスト後にグループ化することもできます。 カテゴリ別に敷設されるハーネス間の最小距離は 50 ～ 75 mm です。

8. アンプ、プルアップ、電圧安定化整流回路の抵抗、ゲイン制御抵抗、バイアス抵抗 (アップとダウン) を配置するときは、アンプ、アクティブ デバイス、およびそれらの電源とグランドのできるだけ近くに配置する必要があります。 デカップリング効果を減らします (過渡応答時間を改善します)。

9. バイパス コンデンサは電源入力の近くに配置され、デカップリング コンデンサは電源入力に配置されます。

10. 各 IC にできるだけ近づける

11. PCB の基本特性インピーダンス: 銅の品質と断面積によって決まります。 具体的には: 1 オンス 0.49 mOhm/単位面積。

静電容量: C=EoErA/h、Eo: 自由空間の誘電率、Er: PCB 基板の誘電率、A: 電流の範囲、h: 配線間隔

インダクタンス: 配線に均等に分布しており、約 1nH/moz の銅線です。 厚さ 0.25mm (10mil) の FR4 を巻いて、幅 0.5mm、長さ 20mm のワイヤをグランド層の上に配置すると、グランドに対して 9.8 ミリオームのインピーダンス、20nH のインダクタンス、および 1.66pF のカップリング キャパシタンスを生成できます。

12. PCB 配線の基本原理: 配線間隔を広げて容量結合クロストークを減らします。 PCB の静電容量を最適化するために、電源線と接地線を平行に配置します。 敏感な高周波ラインは、高ノイズ電力ラインから遠く離れて配置する必要があります。 電源線とアース線を太くして、電源線とアース線のインピーダンスを下げます。

13. 分割: 物理的な分割を使用して、異なるタイプの信号線、特に電源と接地線の間の結合を減らします。

14.ローカルデカップリング：ローカル電源とICをデカップリングし、電源入力ポートとPCBの間に大容量のバイパスコンデンサを使用して低周波リップルフィルタリングを行い、突然の電力の要件を満たし、それぞれの電源とグランドの間にデカップリングコンデンサを使用します これらのデカップリング コンデンサは、リード ピンのできるだけ近くに配置する必要があります。

15. 配線の分離: 同じ PCB レイヤー内の隣接するライン間のクロストークとノイズ結合を最小限に抑えます。 主要な信号経路の処理には3W仕様を採用。

16. 保護とシャント回路: キー信号は 2 本の接地線で保護され、保護回路の両端は接地されます。