PCB 設計における LAYOUT ルーティングの一般的なルール

初心者は、PCB 設計における PCB レイアウトのいくつかのルールを理解していないことが多く、設計された PCB で深刻な製造事故につながることがよくあります。 ここでは、PCB レイアウト設計の一般的なルールをいくつか示します。

1. 電源とアース線を適切に処理して PCB ボード全体の配線を完了したとしても、電源とアース線の不適切な考慮による干渉は製品の性能を低下させ、場合によっては影響を与えることさえあります。 製品の成功率。 したがって、製品の品質を確保するために、電気およびアース線の配線は、電気線およびアース線によって生成されるノイズ干渉を最小限に抑えるために真剣に検討する必要があります。

2. デジタル回路とアナログ回路の共通グラウンド処理 現在、多くの PCB は単一の機能回路 (デジタルまたはアナログ回路) ではなく、デジタル回路とアナログ回路で構成されています。 そのため、配線時には相互干渉、特にアース線へのノイズ干渉を考慮する必要があります。 デジタル回路の周波数が高く、アナログ回路の感度が高い。 信号ラインについては、高周波信号ラインは敏感なアナログ回路デバイスから可能な限り離します。 接地線については、統合 PCB には外界へのノードが 1 つしかありません。 したがって、デジタルとアナログの共通グランドの問題は、PCB 内部で処理する必要があります。 実際には、基板内のデジタル グランドとアナログ グランドは互いに接続されておらず、PCB と外界 (プラグなど) の間のインターフェイスでのみ接続されています。 デジタルグランドとアナロググランドの間に短絡があります。 接続ポイントは 1 つだけですのでご注意ください。 一部は PCB では一般的ではありませんが、これはシステム設計によって決定されます。

3. 信号線を電気（グランド）層と多層プリント基板上に敷設すると、信号線層の配線が少なくなります。 レイヤーを追加すると、無駄が生じ、ワークロードと生産コストが増加します。 この矛盾を解決するために、電気（グランド）層での配線が考えられます。 最初に電力層を検討し、次に階層を検討する必要があります。 ストラタムの完全性を維持する方がよいからです。

4. 大面積導体の接続脚の扱い 大面積接地（電気）では、共通部品の脚を接続するため、接続脚の扱いを総合的に考える必要があります。 電気的性能に関する限り、部品脚のボンディング パッドを銅表面に完全に接続する方が良いですが、部品の溶接アセンブリには次のような隠れた危険がいくつかあります。 ① 溶接には高出力のヒーターが必要です。 ②はんだ付け不良が発生しやすい。 したがって、電気的性能とプロセスのニーズを考慮して、熱シールドと呼ばれる十字形のパッドが作成され、一般にサーマルパッドとして知られています。 このようにして、溶接中のセクションの過度の熱放散による誤ったはんだ接合の可能性を大幅に減らすことができます。 多層基板の電気（接地）脚の処理は同じです。

5. ケーブル配線におけるネットワーク システムの役割は、多くの CAD システムにあり、ケーブル配線はネットワーク システムによって決定されます。 グリッドが密集しすぎてアクセスが増えますが、ステップ サイズが小さすぎ、マップ フィールドのデータ量が多すぎます。必然的に機器のより大きなストレージ スペースが必要になり、操作に大きな影響を与えます。 コンピュータ電子製品の速度。 ただし、一部のチャネルは無効です。たとえば、コンポーネントの脚のパッドが占有しているチャネルや、取り付け穴または固定穴が占有しているチャネルなどです。 グリッドがまばらでパスが少なすぎると、展開率に大きな影響を与えます。 したがって、ルーティングをサポートするには、適度に高密度のグリッド システムが必要です。 標準コンポーネントの脚間の距離は 0.1 インチ (2.54 mm) であるため、グリッド システムの基本は一般に 0.1 インチ (2.54 mm) または 0.1 インチ未満の整数倍 (0.05 インチ、0.025 インチ、0.02 など) です。 インチなど

6. デザインルールチェック（DRC） 配線設計が完了した後、配線設計が設計者が策定したルールに適合しているか、また策定したルールが PCB 製造の要件に適合しているかを慎重にチェックする必要があります。 プロセス。 一般に、検査には次の側面が含まれます：ラインからライン、ラインからコンポーネントパッド、ラインからスルーホール、コンポーネントパッドからスルーホール、およびスルーホールとスルーホールの間の距離が合理的であるかどうか、生産要件が満たされているかどうか。

2. 設計プロセス：PCB 設計プロセスは、ネットリスト入力、ルール設定、部品配置、配線、検査、再チェック、出力の 6 つのステップに分かれています。

2.1 ネットリストの入力 ネットリストの入力には 2 つの方法があります。 1 つは、PowerLogIC の OLE PowerPCB Connection 機能を使用し、Send Netlist を選択し、OLE 機能を使用して回路図と PCB ダイアグラムの一貫性を常に維持し、エラーの可能性を最小限に抑えることです。 もう 1 つの方法は、PowerPCB でネットリストを直接読み込み、File ->Import を選択し、回路図によって生成されたネットリストを入力することです。

2.2 ルールの設定 回路図設計段階で PCB のデザイン ルールが設定されている場合は、ネット リストを入力すると、デザイン ルールがネット リストとともに PowerPCB に入力されているため、これらのルールを設定する必要はありません。 設計ルールが変更された場合、回路図と PCB の間の一貫性を確保するために、回路図を同期する必要があります。 デザイン ルールとレイヤー定義に加えて、パッド スタックなどの設定が必要なルールもいくつかあり、標準ビアのサイズを変更する必要があります。 設計者が新しいパッドまたはビアを作成する場合は、必ずレイヤー 25 を追加してください。

2.3 部品配置ネットリストを入力すると、すべての部品が作業領域のゼロ点に配置され、重ねられます。 次のステップは、これらのコンポーネントを分離し、いくつかのルール、つまりコンポーネント レイアウトに従ってきれいに配置することです。 PowerPCB には、手動レイアウトと自動レイアウトの 2 つの方法があります。

2.3.1 マニュアルレイアウト 1. ツールプリント基板の構造サイズの基板外形を描きます。 2. 部品を分散させ、基板の端に部品を配置します。 3.コンポーネントを1つずつ移動および回転させ、ボードの端の内側に配置し、特定のルールに従ってきれいに配置します。

2.3.2 自動レイアウト PowerPCB は自動レイアウトと自動ローカル クラスター レイアウトを提供しますが、ほとんどの設計では効果が理想的ではないため、推奨されません。

2.3.3 注意事項

a. 配線の分散率を確保し、部品移動時のフライングワイヤの接続に注意し、配線関係のある部品をまとめることをレイアウトの基本原則としています。

b. デジタル機器とアナログ機器は分離し、できるだけ離す

c. デカップリング コンデンサは、デバイスの VCC にできるだけ近づける必要があります。

d. デバイスを配置するときは、将来の溶接を考慮してください。過度に集中しないでください

e. ソフトウェアが提供するArray関数とUnion関数を使用して、レイアウト効率を向上させます

2.4 配線方法にも手動配線と自動配線の 2 通りがあります。 PowerPCB は、自動クラウディングやオンライン デザイン ルール チェック (DRC) などの強力な手動配線機能を提供します。 自動ルーティングは、Specctra のルーティング エンジンによって実行されます。 通常、2 つの方法は一緒に使用されます。 一般的な手順は手動自動手動です。

2.4.1 手動配線

1.自動配線の前に、高周波クロック、主電源などの重要なネットワークを手動で配布する必要があります。 これらのネットワークには、多くの場合、配線距離、線幅、線間隔、シールドなどに関する特別な要件があります。 また、BGAなどの一部の特殊パッケージでは、自動配線では規則的に配置することが難しく、手作業での配線も必要になります。 2. 自動配線後、手動配線で基板配線を調整してください。

2.4.2 自動配線と手動配線が完了すると、残りのネットワークは自動ルーターに引き渡されます。 ツール ->SPECCTRA を選択し、Specctra ルーターのインターフェースを開始し、DO ファイルを設定し、Continue を押して Specctra ルーターの自動ルーティングを開始します。 その後、ルーティング レートが 100% の場合は、ルーティングを手動で調整できます。 100% 未満の場合は、レイアウトまたは手動配線に問題があることを示しており、すべての配線が完了するまでレイアウトまたは手動配線を調整する必要があります。

2.4.3 注意事項

a. 電源線とアース線は極力太くする

b. デカップリング コンデンサは、できるだけ VCC に直接接続する必要があります。

c. Specctra の DO ファイルを設定するときは、まず手動で配置されたワイヤが自動ルータによって再配置されないように保護するために、すべてのワイヤを保護するコマンドを追加します。

d. ハイブリッド電源層がある場合は、分割/混合プレーンとして定義する必要があります。 配線する前に、分割する必要があります。 配線後、Pour Manager の Plane Connect を使用して銅被覆を行います。

e. Filter を Pins に設定し、すべてのピンを選択して属性を変更し、Thermal オプションの前にある f をチェックして、すべてのデバイス ピンをホット パッド モードに設定します。 手動配線時にDRCオプションを開き、ダイナミックルートを使用

2.5 チェック項目には、クリアランス、コネクティビティ、高速、プレーンが含まれます。 Tools>Verify design は、これらのアイテムに対して選択できます。 高速ルールが設定されている場合は、チェックする必要があります。そうでない場合、この項目はスキップできます。 エラーが検出され、レイアウトとルーティングを変更する必要があります。 注: 一部のエラーは無視できます。 たとえば、一部のコネクタのアウトラインの一部がボード フレームの外側に配置されており、間隔を確認するときにエラーが発生します。 さらに、ルーティングとビアを変更するたびに、それらを再度銅でコーティングする必要があります。

2.6 再チェック 「PCB チェックリスト」によると、その内容には、デザイン ルール、レイヤー定義、線幅、間隔、パッドとビアの設定が含まれます。 デバイス レイアウトの合理性、電源とグランド ネットワークの配線、高速クロック ネットワークの配線とシールド、およびデカップリング コンデンサの配置と接続も確認する必要があります。 再チェックが不合格の場合、設計者はレイアウトと配線を変更する必要があります。 再チェックが認定された後、レビュー担当者と設計者はそれぞれ署名するものとします。

2.7 デザイン出力 PCB デザインは、プリンタまたは写真ファイルに出力できます。 プリンタは PCB をレイヤごとに印刷できるため、設計者やレビュー担当者がチェックするのに便利です。 写真製図書類は、プリント基板の製造のために基板メーカーに提出する必要があります。 写真ファイルの出力は、このデザインの成否に関わる非常に重要なものです。 ここでは、写真ファイルを出力する際の注意事項を中心に説明します。

a. 出力する層は、配線層（上層、下層、中間配線層を含む）、電源層（VCC層、GND層を含む）、シルクスクリーン層（上層シルクスクリーン、下層シルクスクリーンを含む）、ソルダーレジストです。 レイヤ (上層のソルダー マスクと下層のソルダー マスクを含む)、およびドリル ファイル (NC ドリル) も生成します。

b. 電源層が Split/Mixed に設定されている場合は、[Add Document] ウィンドウの [Document] 項目で [Routing] を選択し、Pour Manager の [Plane Connect] を使用して、毎回写真ファイルを出力する前に銅張り PCB 図面にします。 CAM Plane に設定されている場合は、Plane を選択します。 Layer を設定する場合、Layer25 を追加し、Layer25 で Pads と Viasc を選択します デバイス設定ウィンドウ (Device Setup を押します) で、Aperture 値を 199 に変更します

d. 各レイヤーのレイヤーを設定するときは、ボードアウトラインを選択します

e. シルクスクリーンレイヤーのレイヤーを設定するときは、パーツタイプではなく、上（下）とシルクスクリーンレイヤーのアウトライン、テキスト、ラインを選択します。

f. ソルダー レジスト層のレイヤーを設定する場合、特定の状況に応じて、ビアを選択するとビアにソルダー マスクが追加されないことを意味し、ビアを選択しない場合はホーム ソルダー マスクを意味します。

g. 穴あけファイルを生成するときは、PowerPCB のデフォルト設定を使用し、何も変更しないでください。

h. すべての写真ファイルが出力されたら、CAM350 で開いて印刷します。 多層基板の重要な構成要素の一つである「PCBチェックリスト」に従って、設計者とレビュアーがビア(ビア)をチェックします。 穴あけのコストは通常、PCB 製造コストの 30% から 40% を占めます。

2、 ビアの寄生容量 ビア自体にも対地寄生容量があります。 床のビアの分離穴の直径が D2、ビア パッドの直径が D1、PCB の厚さが T、ボード基板の誘電率が ε であることがわかっている場合、 ビアの寄生容量は、およそ C=1.41 ε です。TD1/(D2-D1) ビアの寄生容量は、信号の立ち上がり時間を延長し、回路速度を低下させることによって、主に回路に影響を与えます。 たとえば、厚さが 50Mil の PCB の場合、内径が 10Mil、パッドの直径が 20Mil のビアが使用され、パッドとグランド銅領域の間の距離が 32Mil の場合、寄生容量を概算できます。 C=1.41x4.4 x 0.050 x 0.020/(0.032-0.020)=0.517pF であり、容量のこの部分によって生じる立ち上がり時間の変化は T10-90=2.2C (Z0/2 )=2.2×0.517×(55/2)=31.28ps。 これらの値から、単一のビアの寄生容量によって引き起こされる立ち上がり遅延の影響は明らかではありませんが、設計者は、ビアが配線でレイヤー間の切り替えに何度も使用されるかどうかを慎重に検討する必要があることがわかります。