優れた PCB 回路基板を設計する方法

新しい設計の開始時には、ほとんどの時間が回路設計とコンポーネントの選択に費やされました。 PCB レイアウトの段階では、経験不足のため、考慮事項が十分に包括的ではありませんでした。 PCB レイアウト設計に十分な時間と労力が費やされないと、製造段階で問題が発生したり、設計がデジタルドメインから物理的な現実に変換されたときに機能上の欠陥が発生したりする可能性があります。では、紙と物理的な形の両方で現実的で信頼性の高い回路基板を設計するための鍵は何でしょうか? 印刷可能で信頼性の高い PCB を設計する方法について説明しましょう。

pcb board

まず、コンポーネントのレイアウトを微調整します

PCB レイアウトプロセスのコンポーネント配置段階では、科学的かつ芸術的であり、回路基板で使用可能な主要なコンポーネントを戦略的に検討する必要があります。このプロセスは困難な場合がありますが、電子部品を配置する方法によって、回路基板の作成がいかに簡単で、最初の設計要件をどのように満たすかが決まります。

コネクタの配置、プリント回路基板へのコンポーネントの取り付け、電源回路、精密回路、キー回路など、コンポーネントの配置には一般的な順序があります。順序には、覚えておくべきいくつかの特定の規則があります。

向き - 類似のコンポーネントが同じ方向に配置されていることを確認してください。これにより、効率的でエラーのない溶接プロセスを実現できます。

レイアウト - 大きなコンポーネントの後ろに小さなコンポーネントを配置することは避けてください。これにより、大きなコンポーネントの溶接による設置の問題が発生する可能性があります。

構成 - すべての表面実装 (SMT) コンポーネントをボードの同じ側に配置し、すべてのスルーホール (th) コンポーネントをボードの上部に配置して、組み立て手順を最小限に抑えることをお勧めします。

最後に、PCB 設計ガイドラインに注意を払う必要があります。つまり、ハイブリッド技術コンポーネント (ビアおよび表面実装コンポーネント) を使用する場合、メーカーは回路基板を組み立てるために追加のプロセスが必要になる場合があり、これにより全体的なコストが増加します。

良好なチップモジュールの方向 (左) と不良なチップモジュールの方向 (右)

部品配置の良さ（左）と部品配置の悪さ（右）

次に、電源、接地、および信号配線を正しく配置します。

コンポーネントを配置したら、電源、グランド、および信号配線を配置して、信号パスがクリーンで障害のない状態であることを確認します。レイアウトプロセスのこの段階では、次のガイドラインを覚えておいてください。

電源とグランドプレーンの位置を確認する

対称性とセンタリングを維持しながら、電源層とグランド層を回路基板内に配置することを常にお勧めします。これにより、回路基板が曲がるのを防ぐことができます。これは、コンポーネントが正しく配置されているかどうかにも関係します。集積回路に電力を供給するために、各電源に共通のチャネルを使用して、配線幅がしっかりと安定していることを確認し、コンポーネント間のデイジーチェーン電源接続を避けることをお勧めします。

信号線の配線接続

次に、回路図の設計に従って信号線を接続します。可能な限り最短のパスを常に使用し、コンポーネント間の直接パスルーティングを使用することをお勧めします。部品を水平方向にずれないように固定する必要がある場合は、基板の部品を基本的にソケットに水平に配置し、ソケットの後ろに垂直に配置することをお勧めします。このように、溶接時のはんだの移動により、コンポーネントは水平方向に固定されます。下図の上段のように。ただし、下図の下部にある信号ルーティングモードでは、PCB 溶接中にはんだの流れでコンポーネントがたわむ可能性があります。

推奨配線方法（矢印ははんだの流れ方向）

サポートされていないワイヤ接続モード (矢印ははんだの流れ方向を示します)

ネットワーク幅の定義

設計では、必要なネットワーク幅を決定するさまざまな電流を運ぶさまざまなネットワークが必要になる場合があります。この基本的な要件を考慮して、低電流のアナログおよびデジタル信号には 0.010 インチ (10mil) の幅を提供することをお勧めします。ライン電流が 0.3A を超える場合は、幅を広げる必要があります。変換プロセスを簡単にする無料のライン幅計算ツールを次に示します。 .

第三に、効果的な隔離

電源回路の高電圧および高電流スパイクが低電圧電流制御回路に干渉する可能性があることを経験したことがあるかもしれません。このような干渉の問題を最小限に抑えるには、次のガイドラインに従ってください。

絶縁 - 各電源装置の電源グランドと制御グランドが分離されていることを確認します。プリント回路基板上でそれらを一緒に接続する必要がある場合は、電源経路の端にできるだけ近づけてください。

レイアウト - 中間層にグランドプレーンを配置した場合は、小さなインピーダンスパスを配置して、電源回路からの干渉のリスクを減らし、制御信号を保護してください。同じガイドラインに従って、デジタルとアナログの接地を分離できます。

カップリング - 大きなグランドプレーンとその上下の配線の容量結合を減らすために、アナロググランドはアナログ信号線のみを通過するようにしてください。

部品分離の例 (デジタルおよびアナログ)

第四に、熱の問題を解決する

熱放散の問題による回路性能の低下や回路基板の損傷を経験したことがありますか? 放熱が考慮されていないため、多くの問題が多くの設計者を悩ませています。冷却の問題を解決するためのガイドラインを次に示します。

問題のあるコンポーネントを特定する

最初のステップは、回路基板上のどのコンポーネントが最も熱放散が大きいかを検討することです。これは、最初にデバイスのデータブックで「熱抵抗」定格を見つけてから、推奨されるガイドラインに従って生成された熱を転送することで実現できます。もちろん、コンポーネントの温度を下げるためにラジエーターと冷却ファンを追加できますが、重要なコンポーネントを高熱源から遠ざけることを忘れないでください。