デザインにおいて、レイアウトは重要な部分です。レイアウトの結果は配線の効果に直接影響するため、このように考えることができます。合理的なレイアウトは PCB 設計を成功させる第一歩です。
特に、プリレイアウトは、基板全体、信号の流れ、放熱、構造などのアーキテクチャを考えるプロセスです。事前のレイアウトが失敗すると、後の努力も無駄になってしまいます。
1.全体を考える
製品が成功するか否か、1 つは内部品質に焦点を当てること、2 つ目は全体的な美しさを考慮すること、どちらも製品が成功していると考えるのがより完璧です。
PCB ボード上では、コンポーネントのレイアウトは、トップヘビーやヘッドヘビーではなく、バランスが取れており、まばらで、整然としている必要があります。
基板が変形することはありますか？
プロセスエッジは予約されていますか?
MARKポイントは予約されていますか?
基板を組み立てる必要はありますか？
基板の何層で、インピーダンス制御、信号シールド、信号の完全性、経済性、達成可能性を確保できますか?
2. 低レベルのエラーを除外する
プリント基板のサイズと加工図のサイズは合っていますか？PCB製造プロセスの要件を満たすことができますか?位置決めマークはありますか？
二次元空間、三次元空間のコンポーネントに矛盾はありませんか？
コンポーネントの配置は整然としていて、きれいに配置されていますか?生地はすべて完成しましたか？
頻繁に交換が必要な部品は簡単に交換できますか?インサートボードを装置に挿入すると便利ですか?
感熱体と発熱体の間に適切な距離はありますか?
調整可能なコンポーネントの調整は簡単ですか?
放熱が必要な箇所にヒートシンクが設置されていますか?空気はスムーズに流れていますか？
信号の流れはスムーズで、相互接続は最短ですか?
プラグやソケットなどが機械設計と矛盾していませんか?
回線の干渉問題は考慮されていますか？
3. バイパスまたはデカップリング コンデンサ
配線では、アナログおよびデジタル デバイスはこれらのタイプのコンデンサを必要とし、バイパス コンデンサに接続された電源ピンの近くに配置する必要があり、静電容量値は通常 0.1 です。μF. ピンは配置の誘導抵抗を減らすためにできるだけ短くし、できるだけデバイスの近くに配置します。
基板へのバイパス コンデンサまたはデカップリング コンデンサの追加、および基板上でのこれらのコンデンサの配置は、デジタル設計とアナログ設計の両方の基本知識ですが、それらの機能は異なります。バイパス コンデンサは、電源ピンを介して敏感なアナログ チップに入る可能性がある電源からの高周波信号をバイパスするために、アナログ配線設計でよく使用されます。一般に、これらの高周波信号の周波数は、アナログ デバイスの信号抑制能力を超えています。アナログ回路でバイパス コンデンサを使用しないと、信号経路にノイズが発生し、さらにひどい場合には振動が発生する可能性があります。コントローラーやプロセッサーなどのデジタル デバイスの場合も、デカップリング コンデンサーが必要ですが、その理由は異なります。これらのコンデンサの機能の 1 つは、「小型」充電バンクとして機能することです。これは、デジタル回路では、ゲート状態のスイッチング (つまり、スイッチ スイッチング) を実行するときに通常大量の電流が必要であり、スイッチング過渡現象がチップ上で生成されて流れる場合に発生するためです。ボードを使用する場合、この追加の「予備」充電があると有利です。』料金がお得です。スイッチング動作を実行するのに十分な電荷がない場合、電源電圧に大きな変化が生じる可能性があります。電圧の変化が大きすぎると、デジタル信号レベルが不定状態になり、デジタル デバイスのステート マシンが誤動作する可能性があります。基板配置に流れるスイッチング電流により、基板配置の寄生インダクタンスにより電圧が変化します。電圧変化は次の式を使用して計算できます。 V = Ldl/dt ここで、V = 電圧の変化 L = 基板アライメントインダクタンス dI = アライメントを流れる電流の変化 dt = 電流変化の時間 したがって、さまざまな理由により、電源の電源または電源ピンのアクティブデバイスにバイパス (またはデカップリング) コンデンサを適用することは非常に良い方法です。 。
入力電源の電流が比較的大きい場合は、フィールド全体に配線しないように、配置の長さと面積を減らすことをお勧めします。
電源出力のプレーンに結合される入力のスイッチング ノイズ。出力電源のMOS管のスイッチングノイズは前段の入力電源に影響を与えます。
基板上に多数の高電流 DCDC がある場合、さまざまな周波数、高電流、および高電圧ジャンプ干渉が発生します。
したがって、入力電源の貫通電流を満たすために、入力電源の面積を縮小する必要があります。したがって、電源レイアウトを行う場合は、入力電源がボード全体で動作するのを避けることを考慮してください。
4. 電源線とアース
電力線と接地線が適切に配置されているため、電磁干渉 (EMI) の可能性が低減されます。電源ラインとグランドラインが適切に接続されていない場合、システムループが設計され、ノイズが発生する可能性があります。不適切に嵌合された電源およびグランド PCB 設計の例を図に示します。このボードでは、クロス電源とグランドへの異なるルートを使用しています。この不適切な取り付けにより、ボードの電子コンポーネントとラインが電磁干渉 (EMI) による影響を受ける可能性が高くなります。
5. デジタルとアナログの分離
各 PCB 設計では、回路のノイズ部分と「静かな」部分 (非ノイズ部分) を分離する必要があります。一般に、デジタル回路はノイズ干渉に耐えることができ、ノイズに敏感ではありません (デジタル回路は電圧ノイズ耐性が大きいため)。逆に、アナログ回路の電圧ノイズ耐性ははるかに小さくなります。2 つの回路のうち、アナログ回路はスイッチング ノイズに最も敏感です。ミックスドシグナル システムを配線する場合は、これら 2 種類の回路を分離する必要があります。
回路基板配線の基本は、アナログ回路とデジタル回路の両方に当てはまります。基本的な経験則は、中断のないグランド プレーンを使用することです。この基本規則により、デジタル回路における dI/dt (電流対時間) 効果が軽減されます。これは、dI/dt 効果によってグランド電位が発生し、アナログ回路にノイズが侵入する可能性があるためです。デジタル回路とアナログ回路の配線テクニックは基本的に同じですが、1 つの点が異なります。アナログ回路に関して留意すべきもう 1 つの点は、グランド プレーン内のデジタル信号ラインとループをアナログ回路からできるだけ遠ざけることです。これは、アナログ グランド プレーンをシステム グランド接続に個別に接続するか、アナログ回路をボードの遠端、つまりラインの終端に配置することによって実現できます。これは、信号経路への外部干渉を最小限に抑えるために行われます。これは、グランドプレーン上の大量のノイズを問題なく許容できるデジタル回路には必要ありません。
6. 熱に関する考慮事項
レイアウトプロセスでは、放熱用のエアダクトや放熱の行き止まりを考慮する必要があります。
熱に弱いデバイスは、熱源の風の後ろに配置しないでください。DDRなど放熱が難しい家庭では配置場所を優先してください。熱シミュレーションが通過しないため、調整を繰り返すことは避けてください。
投稿日時: 2022 年 8 月 30 日