高速回路基板 - 20層高速回路基板

高速PCBの分野では、無線ネットワーク、伝送ネットワーク、データ通信、固定ブロードバンドに広く応用されています。関連製品はバックプレート、高速多層板、高周波マイクロ波板、多機能金属基板などを含みます。高速PCBの応用は主に無線ネットワーク（通信基地局）、伝送ネットワーク、データ通信、固定4部分ネットワークブロードバンドを含みます。ワイヤレスネットワーク以外にも、市場の一部のアプリケーションではデータが不足しています。

計算によると、単一の5G基地局のPCB消費量は約3.21平方メートルで、4G基地局（1.825平方メートル）の1.76倍です。同時に、5G通信の周波数がより高く、PCB性能に対する需要がより大きく、5 G基地局PCBの単価は4 G基地局より高いです。一般に、単一5G基地局のPCB値は4G時代の約3倍です。

また、5Gのスペクトルが高いため、基地局のカバー範囲は小さいです。国内の5G基地局は4G基地局の1.2〜1.5倍と予想され、より多くの小型基地局を提供します。そのため、5Gによる基地局の総数は4Gをはるかに上回ることになります。2023年の5G建設ピーク時に国内で新たに増加する5Gエイサーステーションの数は、2015年の4G建設ピーク時の1.5倍になる見通しです。総合的に計算すると、今後数年間のPCB業界の市場規模は約5000-2600億の基地局通信になると考えられています。4G時代の50～90億の市場に比べ、基地局通信PCB業界は近年爆発的な成長を経験していることは間違いません。

図　20層高速回路基板の層構造

高速PCBを設計する際には、インピーダンス整合、EMI規則など、さまざまな問題に遭遇することがよくあります。今、高速PCBに関するいくつかの問題を皆さんと共有したいと思います。

1.高速PCB設計原理図を設計する時、インピーダンス整合問題をどのように考慮しますか？

高速PCB回路を設計する場合、インピーダンス整合は設計要素の1つである。インピーダンス値は、表層（マイクロストリップ）または内層（ストリップ／二重ストリップライン）、基準層（電源層または接地層）からの距離、トレース幅、PCB材料などの配線配管と絶対的な関係があります。これらはすべてトレースの特性インピーダンス値に影響します。

つまり、インピーダンス値は配線後にしか決定できません。通常、回路モデルや使用する数学的計算の制限のため、シミュレーションソフトウェアはインピーダンスが不連続な配線を考慮することはできません。この場合、原理図上では直列抵抗器などの端子（端末）しか保持できません。トレースインピーダンスの不連続性の影響を軽減します。この問題の真の根本的な解決策は、配線時にインピーダンスの不連続をできるだけ避けることです。

2.PCBボードに複数のデジタル／アナログ機能ブロックがある場合、通常のやり方はデジタル／アナログを接地分離することです。どうして？

デジタル/アナログ接地を分離する理由は、高電位と低電位を切り替えると、デジタル回路が電源と接地にノイズを発生するためです。ノイズの大きさは信号の速度と電流の大きさに関係しています。

接地面が分割されていなければ、デジタル領域回路が発生するノイズが大きく、アナログ領域回路が非常に近く、デジタルモード信号が交差していなくても、アナログ信号は接地ノイズに干渉されます。言い換えれば、アナログ回路領域が大きなノイズを発生するデジタル回路領域から離れている場合にのみ、デジタルとアナログ接地との間の未分割配管を使用することができます。

3.高速PCBを設計する際に、設計者はEMCとEMIのルールをどのような点から考慮すべきですか。

一般的に、EMI/EMC設計の過程では放射線と伝導の面を考慮する必要があります。前者は高周波部分（＞30 MHz）に属し、後者は低周波部分（＜30 MHz）に属する。だから高周波だけに注目して低周波を無視することはできません。

良いEMI/EMC設計では、レイアウトの開始時にデバイスの位置、PCBスタックの配置、重要な接続のルート、デバイスの選択などを考慮しなければなりません。事前の手配が間違っていれば、事後的に解決します。これにより、コストを増やすことができます。

例えば、クロックジェネレータの位置は外部コネクタに近接してはならない。高速信号はできるだけ内層ルートを通過しなければなりません。特性インピーダンス整合と参照層の連続性に注意して、反射を減らします。装置がプッシュする信号の変換速度はできるだけ小さくして、高圧を下げるべきです。周波数成分は、電力層ノイズを低減するために、デカップリング/バイパスキャパシタを選択する際に、その周波数応答が要件を満たしているかどうかに注意しなければならなりません。

また、高周波信号電流の戻り経路に注意して、回路面積をできるだけ小さくして（つまり、回路インピーダンスをできるだけ小さくして）、放射を減らすようにします。地層を分離するダクトは、高周波ノイズの範囲を制御するためにも使用することができます。最後に、PCBと筐体の間のシャーシ接地を正しく選択します。

4.高速PCBボードを作成する時、干渉を減らすために、アース線は閉鎖和を形成すべきですか？

高速PCBボードを作成する際には、干渉を減らすためにループ面積を小さくする必要があります。アース線を敷設する際は、閉鎖的な形で敷設してはなりません。枝状に敷設したほうがよいです。また、できるだけ床面積を増やすべきです。

5.信号整合性を向上させるためのルーティングトポロジの調整方法

このネットワークの信号方向は、トポロジ構造が単方向、双方向信号、および異なるレベルの異なるタイプの信号に影響を与えるため、より複雑です。どのトポロジー構造が信号品質に有益であるとは言い難いです。また、プリエミュレーション期間中に採用するトポロジ構造はエンジニアにとって要求が高く、回路原理、信号タイプ、さらには配線の難しさを理解する必要があります。

6.高速PCBレイアウトと配線における100 M以上の信号の安定性をどのように保証しますか。

高速PCBデジタル信号配線の鍵は、伝送路が信号品質に与える影響を低減することです。したがって、100 M以上の高速信号を配置する場合には、できるだけ短い信号トレースが要求されます。デジタル回路では、高速信号は信号立ち上がり遅延時間によって定義されます。また、TTL、GTL、LVTTLなどの異なるタイプの信号には、信号品質を保証するための異なる方法があります。