アナログ回路基板の信号線の配置と配線方法は？

すべてのアナログ回路のプリント回路基板では、信号ラインをできるだけ短くすることが一般的に認められています。これは、信号ラインが長くなればなるほど、回路内の誘導性と容量性の影響が大きくなり、望ましくないからです。現実には、すべての信号線をできるだけ短くすることは不可能です。したがって、配線する際に最初に考慮すべきことは、最も干渉を起こしやすい信号線です。

pcb board

アナログ回路PCBでは、信号ラインは、信号入力、フィードバック、出力、基準信号の提供など、さまざまな機能を完了することができます。したがって、アプリケーションごとに信号線をさまざまな方法で最適化する必要があります。ただし、すべてのアナログ回路のプリント回路基板では、信号ラインをできるだけ短くする必要があるという認識されたルールがあります。これは、信号ラインが長くなるほど、回路内の誘導性と容量性の寄与が大きくなり、望ましくないためです。全ての信号線を最短にすることは現実的に不可能です。したがって、干渉を引き起こす可能性が最も高い信号ラインは、PCB 配線時に最初に考慮する必要があります。

次の PCB 回路の信号線の配線には特に注意してください。

1) 高周波増幅器/発振器;

2) 多段アンプ、特に高出力のアンプ;

3) 高利得 DC アンプ;

4) 小信号増幅器;

5) 差動アンプ。

1. 高周波増幅器/発振器

高周波増幅器のプリント回路基板の配線が無理だと、増幅器の帯域幅が減少します。これは、近接した 2 本のアース線と信号線の間に大きな静電容量が形成され、出力抵抗と共にローパスフィルターを形成するためです。このローパスフィルターは、アンプの帯域幅を狭めます。同時に、入力信号ラインと出力信号ラインが近接していると、フィードバック信号が発振を引き起こします。これらの問題を回避するために、上記の導体間に十分なスペースが必要です。

電子回路の設計者は、高周波増幅器を設計すると実際に発振してしまうという共通の経験を持っています。同様の問題は、設計された周波数に従って発振しない発振器のレイアウトでも発生します。この問題は、信号線間の容量結合によって引き起こされます。したがって、PCB レイアウトでは信号線間のカップリング容量を減らすことが重要です。

2. 高出力多段アンプ

電源線とアース線が長すぎると、多段アンプが低周波発振しやすくなります。ワイヤ自体の抵抗率により、高出力による大電流がこれらのワイヤを流れます。この問題は、電源とグランドの間に十分な大きさのコンデンサを追加して、電源デカップリング回路を形成することで解決できます。または、異なる増幅段に対して別個の電源および接地線が提供されるため、共通の電源および接地線へのアクセスはありません。

3. ハイゲインDCアンプ

高ゲイン DC アンプは通常、小信号の増幅に使用されます。トランジスタや DC アンプなどのデバイスがプリント回路基板に溶接されると、銅のシリンダーとデバイスのピンの間の接続で熱電対が形成され、異なる交流電圧が生成され、アンプへの干渉信号が形成されます。 DC アンプの入力段周辺の温度変化率を最小限に抑えて一定に保つために、入力段を絶縁デバイスで囲み、周囲の空気の流れの影響を避けることをお勧めします。

4. マイクロシグナルアンプ

信号増幅器は、次の 2 種類を含む微小な信号を処理します。

(1) ハイインピーダンス（低電流）アンプ

このアンプでは、2 つの隣接する信号ライン間に容量結合があり、回路のパフォーマンスに深刻な影響を与え、低レベルの信号をカバーすることさえあります。高インピーダンス回路の 2 つの導体間の容量結合。カップリングを減らすために、高インピーダンスの信号線と他の干渉信号との間に十分な距離を保つことをお勧めします。一般に、信号線の幅の 40 倍以上の距離が必要です。

いずれの場合も、結合電圧を下げるために、低レベル信号ラインの対地容量は高くする必要があります。これは、低レベル信号導体がアース線の近くにある必要があることを意味します。低レベル信号ライン間の幅が十分でない場合は、それらの間にグランドワイヤを配置してカップリングを減らすことができます。

アンプが光電池または化学電池を電源として使用する場合、電源インピーダンスは数百万または数億オームに達する可能性があります。プリント回路基板がエッチング後に完全に洗浄されていない場合、プリント回路基板の表面に残った電解液によって、隣接するワイヤ間に大きな抵抗が生じます。プリント回路基板を完全に洗浄しても、漏れ抵抗は 10120 以下です。さらに、これらの抵抗は等角にはならないため、隣接する 2 つのワイヤ間の抵抗は、離れた 2 つのワイヤ間の抵抗よりも高くなる可能性があります。したがって、低レベル I1 V (電流/電圧) コンバーターの入力は、保護ループを使用してプリント回路基板の両側で保護する必要があります。保護ループは、接続点全体と等電位の点に接続する必要があります。これが行われる場合、漏れ抵抗の正確な値はそれほど重要ではありません。これに加えられる差電圧はすでに非常に小さいからです。

ハイインピーダンスアンプの基板にはメッキスルーホールは使用できません。プリント基板材料の体積抵抗率は表面抵抗率よりも低いため、基板に保護リングを取り付けることは困難です。最良の方法は、ハイインピーダンスアンプの端子を、プリント基板のワイヤではなく、テフロンの絶縁体に接続することです。

(2) 低インピーダンス（低電圧）アンプ

低インピーダンス回路では、回路内に誘導結合や磁界があるため、誘導電圧が発生する可能性があります。この干渉は、次の方法である程度減らすことができます。

1) ハイレベル AC 信号ラインとローレベル信号ラインの間を十分に離してください。

2) 信号線の近くにアース線を敷設します。

3) 外部磁場が低レベル信号に干渉するのを防ぐために、接地ループを形成しないでください。

5. 差動アンプ

差動アンプは 2 つの信号の差を増幅するだけで、共通電圧信号は増幅されません。差動アンプとプリント回路基板の設計が不当である場合、信号レベルが低い場合、共通電圧は小さな差動干渉信号を生成します。差動アンプの入力インピーダンスは高く、入力パラメータの不均衡は回路に大きな干渉を引き起こします。したがって、PCB 設計では、アンプの物理構造は完全に対称でなければなりません。

差動アンプの入力には明確な漏れ抵抗があり、不平衡電圧オフセットを引き起こす可能性があります。この問題は、入力回路に保護デバイスを追加することで解決できます。保護装置は信号線を囲んでいます。 2 本の入力信号ラインのローレベル端子で同じ電圧を維持できると、実効抵抗が増加します。このデバイスは、信号源端子と保護体のレベルが信号源の低レベル端子と同じであることを保証できます。保護線は円を形成し、アンプの入力端から入力接続点までの信号線を囲み、機器の保護デバイスに接続する必要があります。これは、低レベルの差動信号を処理するための効果的な方法です。さらに、小信号差動増幅器のプリント回路基板基板は、漏れ電流の低減に役立つエポキシガラス材料の使用により適しています。