高周波PCB技術 - アナログ回路設計で注意すべき経験談

アナログ回路の設計はエンジニアたちが頭を抱えているが、致命的な設計部分でもあります。現在、大規模集積回路の発展は非常に急速であるにもかかわらず、アナログ回路の設計は避けられず、RF無線周波回路の設計など、デジタル回路に取って代わることができない場合もある。ここではシミュレーションで注意すべき問題を以下のようにまとめて、一部は経験的な話であり、皆さんに多くの補足、多くの批判と指摘をお願いします。

（1）良好な安定性を有するフィードバック回路を得るためには、通常、フィードバックループの外側に小さな抵抗またはチョークコイルを使用して容量性負荷にバッファリングを提供する必要がある。

（2）積分フィードバック回路は通常、10 pFより大きい積分容量ごとに直列に接続された小さな抵抗（約560Ohm）を必要とする。

（3）フィードバックループの外では、アクティブ回路を使用してフィルタリングしたり、EMCのRF帯域幅を制御したりするのではなく、パッシブ素子（RC回路）のみを使用することができます。積分フィードバック方法は、閉ループ利得よりも搬送される開ループ利得が大きい周波数でのみ有効である。より高い周波数では、積分回路は周波数応答を制御することができない。

（4）安定した線形回路を得るために、すべての接続は受動フィルタまたは光電分離などの他の抑制方法を用いて保護しなければならない。

（5）EMCフィルタを使用し、ICに関連するフィルタはすべてローカルの0 V基準平面に接続する必要があります。

（6）外部ケーブルの接続先に入出力フィルタを配置すべきであり、アンテナ効果があるため、シールドシステム内部のワイヤ接続がない場合はフィルタが必要である。また、スイッチングモードまたはスイッチングモードの変換器を有するシールドシステム内部のワイヤ接続においてもフィルタリングが必要である。

（7）アナログICの電源とグランドリファレンスピンには高品質のRFデカップリングが必要であり、これはデジタルICと同じである。しかし、アナログICは通常、アナログ素子の電源ノイズ抑制比（PSRR）が1 KHzよりも高くなると増加することが少ないため、低周波の電源デカップリングを必要とする。各搬送、コンパレータおよびデータ変換器のアナログ電源ラインオフでは、RCまたはLCフィルタリングを使用する必要があります。電源フィルタのコーナー周波数はデバイスのPSRRコーナー周波数とスロープを補償し、動作周波数範囲全体で所望のPSRRを得るべきである。

（8）高速アナログ信号には、その接続長さと通信の周波数に応じて伝送路技術が必要だ。低周波信号であっても、伝送路技術を使用することで耐干渉性を改善することができるが、正確に整合していない伝送路はアンテナ効果をもたらす。

（9）高インピーダンスの入力または出力の使用を回避し、それらは電界に対して非常に敏感である。

（10）ほとんどの放射はコモンモード電圧と電流によって発生し、ほとんどの環境の電磁干渉はコモンモード問題によって発生するため、アナログ回路でバランスのとれた送受信（差分モード）技術を使用することはEMC効果が高く、クロストークを低減することができる。平衡回路（差動回路）駆動は、リターン電流回路として0 V基準システムを使用しないので、大きな電流ループを回避し、RF放射を低減することができる。

（11）コンパレータはノイズや干渉による誤った出力変換を防止するためにヒステリシス（正帰還）を持たなければならず、遮断点での発振も防止できる。必要以上に高速なコンパレータを使用しないでください（dV/dtを要件を満たす範囲に維持し、できるだけ低くしてください）。

（12）アナログIC自体がRF無線周波数場に特に敏感なものもあるので、PCBに取り付けられ、PCBの地表面に接続された小さな金属遮蔽カセットを使用して、そのようなアナログ素子を遮蔽する必要があることが多い。その放熱条件を保証することを注意してください。