PCB技術 - 高周波回路設計と配線スキルの10のルール

【最初の秘訣】多層基板配線高周波回路は、集積度が高く、配線密度が高い傾向があります。多層基板の使用は、配線だけでなく、干渉を減らすための効果的な手段でもあります。

PCBレイアウト段階では、特定の層数のプリント基板サイズを適切に選択することで、中間層を最大限に活用してシールドを設定し、最も近い接地をより適切に実現し、寄生インダクタンスを効果的に低減して信号を短縮できます。これらの方法はすべて、信号の相互干渉を低減するなど、高周波回路の信頼性に役立ちます。

いくつかのデータは、同じ材料が使用された場合、4層ボードのノイズが両面ボードのノイズよりも20dB低いことを示しています。

ただし、問題もあります。PCB半層の数が多いほど、製造プロセスが複雑になり、単価が高くなります。これには、適切な層数を選択することに加えて、適切な層を持つPCBを選択する必要があります。合理的なコンポーネントレイアウト計画、および正しい配線ルールを使用して設計を完了します。

【2つ目のトリック】高速電子機器のピン間のリード線はできるだけ曲げないでください。高周波回路配線のリード線は、完全な直線を使用するのが最適であり、これを回す必要があります。45度の破線または円弧で回転させることができます。銅箔の定着強度を向上させるためにのみ使用されますが、高周波回路では、この要件を満たすことで、高周波信号の外部放射と相互結合を減らすことができます。

【第3のトリック】高周波回路機器のピン間のリード線が短いほど良い。信号の放射強度は、信号線の長さに比例します。高周波信号のリードが長いほど、結合しやすくなります。シグナルクロック、水晶発振器、DDRデータ、LVDSライン、USBライン、HDMIラインなどの高周波信号ラインの場合、トレースをできるだけ短くする必要があります。

【第4の対策】高周波回路機器のピン間のリード層の交代が少ないほど良い。いわゆる「リード層の交代が少ないほど良い」とは、コンポーネント接続プロセスで使用されるビア（ビア）が少ないほど良いことを意味します。データ側では、1つのビアで約0.5pFの分散容量を実現できます。ビアの数を減らすと、速度が大幅に向上し、データエラーの可能性を減らすことができます。

【5つ目のトリック】近接並列ルーティングの信号線によって発生する「クロストーク」に注意してください。高周波回路の配線は、近接並列配線の信号線によって発生する「クロストーク」に注意する必要があります。クロストークとは、直接接続されていない信号線を指します。カップリング現象。

高周波信号は伝送線路に沿って電磁波の形で送信されるため、信号線路はアンテナとして機能し、電磁界のエネルギーが伝送線路の周囲に放出されます。信号間の電磁界の相互結合により、望ましくないノイズ信号が生成されます。クロストーク（クロストーク）と呼ばれます。

PCB層のパラメータ、信号線の間隔、駆動端と受信端の電気的特性、および信号線の終端方法はすべて、クロストークに一定の影響を及ぼします。

したがって、高周波信号のクロストークを低減するために、配線時には可能な限り次のことを行う必要があります。配線スペースに余裕がある場合は、クロストークの大きい2本のワイヤの間にアース線またはグランドプレーンを挿入します。隔離の役割を果たし、クロストークを減らします。

信号線の周囲の空間に時変電磁界が存在する場合、並列分布が避けられない場合は、並列信号線の反対側に広い「グラウンド」を配置して干渉を大幅に低減できます。

配線スペースが許せば、隣接する信号線の間隔を広げ、信号線の平行長を短くし、クロック線をキー信号線に対して平行ではなく垂直にするようにしてください。同じ層の平行なトレースがほとんど避けられない場合、トレースの方向は2つの隣接する層で互いに垂直でなければなりません。

デジタル回路では、通常のクロック信号はエッジの変化が速い信号であり、外部クロストークが高くなります。したがって、設計では、クロックラインをアース線で囲み、アース線の穴をさらに開けて分布容量を減らし、クロストークを減らすことをお勧めします。高周波信号クロックは、低電圧差動クロック信号とグランドモードを使用し、グランドホールの完全性に注意してください。

未使用の入力端子は吊り下げないでください。吊り下げられたラインは送信アンテナと同等である可能性があり、接地によって抑制される可能性があるため、接地または電源に接続してください（電源も高周波信号ループで接地されます）。トランスミッション。実践により、この方法を使用してクロストークを排除すると、すぐに結果が得られる場合があることが証明されています。

【6番目のトリック】集積回路ブロックの電源ピンに高周波デカップリングコンデンサを追加します。各集積回路ブロックの電源ピンに高周波デカップリングコンデンサを追加します。電源ピンの高周波デカップリングコンデンサを増やすと、電源ピンへの高周波高調波の干渉を効果的に抑えることができます。

【7番目のトリック】高周波デジタル信号のアース線とアナログ信号のアース線を分離する必要があります。アナログアース線、デジタルアース線などを公共のアース線に接続する場合は、高周波チョーク磁気ビーズを使用して接続するか、直接絶縁して適切な場所を選択してください。

高周波デジタル信号の接地線の接地電位は一般に一貫性がなく、2つの間に直接特定の電圧差があることがよくあります。さらに、高周波デジタル信号のアース線には、高周波信号の非常に豊富な高調波成分が含まれていることがよくあります。デジタル信号のアース線とアナログ信号のアース線を直接接続すると、高周波信号の高調波がアース線の結合を介してアナログ信号と干渉します。

したがって、通常の状況では、高周波デジタル信号のアース線とアナログ信号のアース線を分離し、適切な位置での単一点相互接続の方法または高周波による相互接続の方法を使用する必要があります。チョーク磁気ビーズを採用できます。

[8番目のヒント]トレースによって形成されるループを避けてください。さまざまな高周波信号トレースでループを形成しないようにしてください。やむを得ない場合は、ループ面積をできるだけ小さくしてください。

【9番目のトリック】良好な信号インピーダンス整合を確保する必要があります。信号の送信中にインピーダンスが一致しない場合、信号は送信チャネルで反射します。反射により、合成された信号がオーバーシュートを形成し、その結果、信号が論理しきい値を中心に変動します。

反射をなくす基本的な方法は、伝送信号のインピーダンスをよく一致させることです。負荷インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスの差が大きいほど反射が大きくなるため、信号伝送線路の特性インピーダンスをできるだけ負荷インピーダンスと等しくする必要があります。

同時に、PCB上の伝送ラインに突然の変化やコーナーがあってはならないことに注意し、伝送ラインの各ポイントのインピーダンスを連続的に保つようにしてください。そうしないと、伝送ラインのセグメント間に反射が発生します。

これには、高速PCB配線中に、次の配線規則を遵守する必要があります。USB配線規則。

USB信号差動ルーティング、線幅10mil、線間隔6mil、接地線および信号線間隔6milが必要です。

HDMI配線ルール。

HDMI信号差動ルーティングが必要で、線幅は10mil、線間隔は6mil、HDMI差動信号ペアの各2セット間の間隔は20milを超えています。

LVDS配線ルール。

LVDS信号差動ルーティング、線幅7mil、線間隔6milが必要です。目的は、HDMIの差動信号ペアインピーダンスを100 + -15％オームのDDR配線規則に制御することです。

DDR1配線では、信号ができるだけ穴を通過しないようにする必要があります。信号線の幅と線間の距離は同じです。信号間のクロストークを減らすために、配線は2Wの原理を満たす必要があります。DDR2以上の高速デバイスの場合、高周波データも必要です。信号のインピーダンス整合を確保するために、ラインの長さは同じです。

[10番目のトリック]シグナル伝送の整合性を維持します。シグナル伝送の完全性を維持し、アース線の分割によって引き起こされる「アースバウンス現象」を防ぎます。