マイクロ波技術 - 高周波PCB設計における干渉問題

高周波PCB設計, 技術者は干渉の4つの局面を考慮する必要がある, 伝送線干渉, カップリング, electromagnetic interference (EMI).

（1）電源ノイズ

に 高周波回路基板, 電源のノイズは高周波信号に明らかな影響を及ぼす. したがって, 電源の第1の要件は低雑音である. クリーンフロアはクリーン電源と同じくらい重要. 電源はあるインピーダンスを有する, そして、インピーダンスは、電源100を通じて分配される. したがって, ノイズはまた、電源に重畳される. それから、我々は電源のインピーダンスを最小にしなければなりません, したがって、専用の電源層および接地層を有することが最善である. HF回路設計, ほとんどの場合、バスとしての電力供給を設計するのがずっと良い, ループが常に最小インピーダンスの経路をたどることができるように. 加えて, パワーボードは、全ての生成信号及び受信信号に対して信号ループを供給しなければならない PCB. これは信号ループを最小化し、したがってノイズを低減する, 低周波回路設計者にしばしば見落とされる.

パワーノイズを除去する方法はいくつかある PCB設計:

基板上のスルーホールに注意を払う。スルーホールは、スルーホールのためのスペースを残すために電源供給層を開口部にエッチングする必要がある。電源層の開口が大きすぎると、信号ループに影響を与え、信号がバイパスされ、ループ面積が増加し、ノイズが増加する。同時に、いくつかの信号線が開口の近くでクラスタ化され、同じループを共有する場合、共通インピーダンスはクロストークを引き起こす。

図2に示すように、接続ラインは十分な接地を必要とする。各信号は、独自の信号ループを必要とし、信号およびループのループ面積は、信号とループが並列であるべきである。

3、アナログおよびデジタル電源を分離する：高周波デバイスは、一般的にデジタルノイズに非常に敏感であるので、2つの分離される必要があります、電源の入り口で接続されている場合、言葉のアナログとデジタル部分間の信号は、ループ領域を減らすために信号をループを配置することができます。信号ループに使用されるデジタル・アナログ・スパンを図3に示す。

別の層の間で別々の電源を重ねるのを避ける。さもなければ、回路ノイズは寄生容量結合を通過することが容易である。

図5を参照すると、感度の高いコンポーネントの分離：PLLなど。

6 .電源線を配置する：信号ループを減らすために、電源線を信号線の端に配置してノイズを低減する。

伝送線路2

PCBには2本の伝送ラインしかありません。リボンラインとマイクロ波ラインです。伝送線路の最大の問題は反射であり，多くの問題を引き起こす。例えば、ロード信号は、信号解析の難しさを増加させる元の信号とエコー信号の重ね合わせである。反射はリターン損失（リターン損失）を引き起こします。そして、それは加算雑音干渉と同じくらいひどく信号に影響を及ぼします：

信号源に反射された信号は、システムのノイズを増加させ、受信機が信号からノイズを識別することをより困難にする。

（2）任意の反射信号は信号品質を低下させ、入力信号の形状を変化させる。一般に、解決策は主にインピーダンス整合（例えば、相互接続のインピーダンスがシステムのインピーダンスに非常に適合するべきである）であるが、時々インピーダンスの計算がより面倒である場合、いくつかの送電線インピーダンス計算ソフトウェアを参照することができる。

PCB設計における伝送線干渉を除去する方法は以下の通りである。

（a）伝送線路のインピーダンス不連続性を回避する。不連続インピーダンスの点は、直線コーナー、スルーホール等の伝送線路突然変異の点である。方法：ラインのまっすぐなコーナーを避けるために、できるだけ45度の角度角度や円弧に行くには、大きな角度もすることができます各々のスルーホールがインピーダンス不連続であるので、可能な限り少ないスルーホールとして使用してください、そして、外の信号は内部の層を通って通過するのを避けます、そして、逆も同様です。

（b）杭線を使用しない。何故ならパイルラインは騒音の源であるからです。杭の線が短い場合は、送電線の端に接続することができますパイルラインが長い場合は、ソースとして主な伝送ラインを取るし、問題を複雑になる大きな反射を生成します。使用しないことをお勧めします。

カップリング

（1）一般的なインピーダンス結合：一般的な結合チャネル、すなわち、干渉源および干渉されたデバイスは、しばしばいくつかの導体（例えば、ループ電源、バス、公共接地等）を共有する。このチャネルでは、ICのドロップバックは、直列電流ループにおいてコモンモード電圧を生じさせ、受信機に影響を与える。

（2）フィールド共通モード結合は、干渉源によって形成されたループ及び共通基準面において、放射源がコモンモード電圧を発生させる。磁界が支配的である場合には、直列接地回路で発生するコモンモード電圧の値は、Vcm＝−（Low−Chenno−B／Ea−CHERUNT）＊領域（ここでは、磁気誘導強度の変化）である。その電界値が既知であるときの電磁場である場合、誘導電圧：VCM＝（L * H＊F＊E）／48、式はL（m）＝150 MHzに適しており、その限界を超えて、最大誘導電圧の計算をVCM＝2＊H＊Eとして簡略化することができる。

(3) Differential mode field coupling: refers to the direct radiation is induced and received by the wire pair or the lead on the 回路基板 とそのループ. あなたが可能な限り2本のワイヤーの近くに得るならば. この結合は大幅に減少する, それで、2つのワイヤーは干渉を減らすために一緒にねじられることができます.

（4）ライン間結合（クロストーク）は、不要な結合の間の並列回路に等しい任意のラインを作ることができ、深刻なシステムの性能を損なう。その型を容量性クロストークと知覚クロストークに分けることができる。前者は、ライン間の寄生容量がノイズ注入ラインに電流注入を介して結合されるノイズ源のノイズを作るためである。後者は、不要な寄生トランスの一次ステージ間の信号の結合と考えられる。誘導クロストークの大きさは、2つのループの近接性、ループ面積の大きさ、及び負荷のインピーダンスに依存する。

（5）電力線結合：交流または直流電力線が干渉した後に、他の機器に電磁干渉の送信を指す。

PCB設計におけるクロストークを除去する方法はいくつかあります。

ここで、2種類のクロストークの大きさは、負荷インピーダンスの増加に伴って大きくなるので、クロストークによる干渉に敏感な信号線を適切に終端する必要がある。

図2に示すように、信号線間の距離を増大させるために、容量性クロストークを効果的に低減することができる。接地管理、配線間の間隔（例えば、信号線と間隔との間のジャンプの状態において、特に、信号線と接地の間の分離のための接地信号線）およびリードインダクタンスを低減する。

容量性クロストークは、隣接する信号線間に接地線を挿入することによって効果的に低減することができ、それは、1／4波長毎に形成に接続されなければならない。

感知可能なクロストークについては、ループ面積を最小化し、許容するとループを除去する。

5 .信号共有ループを避けてください。

6, 信号完全性に注意してください：設計者は、信号の完全性を解決するために溶接プロセスにおける最終接続を実現するべきである. この方法を使用する設計者は、信号完全性の良好な性能を得るために、遮蔽銅箔のマイクロストリップ長に焦点を当てることができる. 通信構造における密なコネクタを持つシステムについて, デザイナーは PCB 端末として.

電磁妨害

速度が増加するにつれて、EMIはますます深刻になり、相互接続における電磁干渉のような多くの面で提示される。高速デバイスは特にこれに敏感で、高速スプリアス信号を受信する一方で、低速デバイスはそのようなスプリアス信号を無視する。

PCB設計における電磁干渉を除去する方法はいくつかある。

ループを減らす：各ループはアンテナと等価であるので、ループの数、ループ面積、ループのアンテナ効果を最小化する必要がある。信号は、任意の2点で1つだけループパスを持っていることを確認し、人工のループを回避し、可能な限り電力層を使用してください。

2、フィルタリング：電力線および信号線において、EMIを減らすためにフィルタリングを取ることができる。

3シールド。問題の長さの結果として多くのディスカッションシールドの記事は、もはや特定の導入はありません。

4は、高周波デバイスの速度を減らすためにしてください。

5, の誘電率を上げる PCBボード, can prevent high-frequency parts such as transmission line near the 板 from radiating outward; Increase the thickness of PCBボード, マイクロストリップ線路の厚さを最小にする, 電磁線のスピルオーバを防ぐ, 放射線防止.