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PCBブログ - PCBボード配線の設計方法

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PCBボード配線の設計方法

2023-05-31
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Author:iPCB

PCBボード配線は、通電信号を有する各種機器を接続するための経路を敷設するプロセスである。PCBボード配線は、通電信号を有する各種機器を接続するための経路を敷設するプロセスである。


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PCBボード配線


PCB設計では、配線は製品設計を完了する重要なステップである。前の準備はそれのためにしたと言っても過言ではありません。PCB設計全体の中で、配線設計プロセスの限界が最も高く、技術が最も詳細で、作業量が最も大きい。PCB基板配線は、片面配線、両面配線、多層配線を含む。


自動配線とインタラクティブ配線の2つの配線方法があります。自動ルーティングの前に。要求の厳しい回線の場合は、インタラクティブなプリ配線を使用することができ、入力と出力の間の配線は反射干渉を避けるために隣接して平行になることを避ける必要があります。必要に応じて、接地線を増やして隔離しなければならない。隣接層の配線は互いに垂直であるべきであり、平行層は寄生結合を生じやすい。


自動配線の配線速度は良好なレイアウトに依存し、配線中の曲げ数、貫通孔数、段差数などの配線規則を事前に設定することができます。一般的には、最初にヒューリスティック配線を行い、短線路を迅速に接続してから、ラビリンス配線を行います。敷設する配線はまずグローバル配線経路に対して最適化され、グローバル配線経路は必要に応じて敷設された配線を切断することができる。


PCBボード配線規則

1.SMDデバイス間の距離はより大きくなければならない。

2.SMDデバイスパッドの外側と隣接するTHD素子の外縁との距離は2 mmより大きいこと。


3.接地回路規則

ループの最小規則は、信号線とそのループによって形成されるループ面積ができるだけ小さくなければならないことである。ループ面積が小さいほど外部放射は少なくなり、外部から受信した干渉は小さくなります。この規則によると、接地面を分割する際には、接地面の隙間などの要因による問題を防止するために、接地面と重要な信号線の分布を考慮する必要がある。二重板の設計では、電源のために十分なスペースを残しながら、残りの部分は参照地を充填し、両面接地信号を効果的に接続するために必要な穴を増やす必要があります。いくつかの重要な信号については、できるだけ地線分離を使用する必要があります。いくつかの高周波設計については、特に接地平面信号回路の問題を考慮し、多層板を使用することをお勧めします。


4.クロストーク制御とは、PCB上の異なるネットワーク間の長並列配線による相互干渉であり、主に並列配線間の容量とインダクタンス分布によるものである。クロストークを克服するための主な措置は、並列配線の間隔を増やし、3 Wルールに従うことである。平行線路の間に接地分離線を挿入する。配線層と接地面との距離を小さくします。


5.シールド保護

対応する接地回路規則は実際には信号の回路面積をできるだけ小さくするためであり、クロック信号や同期信号などの重要な信号によく見られる。特に重要で周波数の高い信号については、銅軸ケーブル遮蔽構造設計を考慮しなければならない。これは、線上と線下の電線が左右両側のアース線で隔てられていることを意味し、遮蔽アースと実際のアース平面を効果的に結合する方法を考慮する必要がある。


6.配線方向制御規則

隣接層の配線方向は直交構造である。隣接するレイヤにおいて同じ方向に異なる信号線を動作させることを回避し、不要なレイヤ間干渉を低減する、基板構造上の制約(例えば、バックプレーンなど)により回避することが困難な場合、特に信号レートが高い場合は、各配線層を接地面から分離し、各信号線を接地信号線から分離することを考慮する必要があります。


7.配線開ループ検査規則

一般に、一端が浮遊する浮遊線路は許されない。主に「アンテナ効果」を回避し、不要な干渉放射と受信を減らすためである。そうしないと予測不可能な結果が出る可能性がある。


8.インピーダンス整合検査規則

同じネットワークの配線幅は一致している必要があります。線幅の変化により、線路の特性インピーダンスが不均一になる。伝送速度が高いと反射します。設計においては、このような状況をできるだけ避ける必要があります。コネクタリードや同様の構造を持つBGAパッケージリードなどの条件では、線幅の変化を回避できない可能性があり、中間不一致部分の有効長さをできるだけ減らす必要があります。


9.結線閉ループ検査規則

信号線が異なる層の間に自己循環を形成することを防止する。このタイプの問題は多層板の設計で発生しやすく、自己循環は放射干渉を引き起こす。


10.配線分岐長制御規則

ブランチの長さをできるだけ制御するには、一般的にTdelay<=Trise/20が必要です。


11.配線共振規則

主に高周波信号設計に用いられ、配線長はその波長の整数倍であってはならず、共振現象を回避する。


12.回線長制御規則

短線規則は、長すぎる配線による干渉を減らすために、設計時に配線長をできるだけ短くしなければならない。特に、クロック線などの重要な信号線については、その発振器をデバイスに非常に近い位置に置くことが重要です。複数のデバイスを駆動するには、どのネットワークトポロジを使用するかは、状況に応じて決定する必要があります。


13.電源層と接地層の完全性規則

導電孔が密集している領域では、電源掘削領域の孔と地層との相互接続を回避し、平面層の区分を形成し、平面層の完全性を破壊し、地層の信号線の回路面積の増加を招くことに注意しなければならない。


14.電源層と接地層の重複規則

異なる電力層は空間的に重複しないようにしなければならない。主な目的は、異なる電源間の干渉を減らすことであり、特に電圧の差が大きい電源についてです。電源平面のオーバーラップを回避する必要があり、回避が難しい場合は、中間分離層を考慮することができます。


PCBボード配線技術及び注意事項

1.電源とアース間の配線に関する考慮事項

1)電源と接地の間に結合容量を増加させること。電源がデカップリングキャパシタを通過した後にチップのピンに接続されていることを確認します。(デカップリングキャパシタには通常、チップの瞬時電流を提供する2つの機能があり、もう1つは電力ノイズを除去する)。

2)電源線とアース線をできるだけ広くし、アース線は電源線より広く、電源線は信号線より広いことが望ましい。

3)大面積の銅層はアース線として使用でき、プリント基板上の未使用の領域をアース線として接続することができる。あるいは、電源用の多層板、アース用の層を作成することもできます。


2.デジタルとアナログ回路を混合する場合の処理

現在、多くのPCBは単機能回路ではなく、デジタルとアナログ回路の混合で構成されている。したがって、配線の際には、それらの間の相互干渉の問題、特に地線へのノイズ干渉を考慮する必要がある。デジタル回路の高周波とアナログ回路の強い感度のため、高周波信号線はできるだけ敏感なアナログ回路素子から離れなければならない。しかし、PCB全体については、PCBには外部ノードが1つしかないため、デジタル信号とアナログ信号がPCB内部で接地を共有する問題を処理する必要がある。しかし、回路基板内では、デジタル回路の接地とアナログ回路の接地は実際には分離されており、PCBと外部との接続のみである。デジタル回路の接地とアナログ回路の接地との間に短絡がある。接続点が1つしかなく、PCBに共通の接地がない場合もありますので、システム設計により決定されます。


3.回線回転角処理

通常、線のコーナーには厚みが変化しますが、線の直径が変化すると反射現象が発生します。角が線の厚さの変化に与える影響は最悪で、直角は最悪で、45度角はもっと良くて、フィレットは最も良いです。しかし、PCB設計では、フィレット処理がより面倒であるため、通常は信号の感度に基づいて決定される。一般に、45度の角度は信号にとって十分であり、フィレットは特に敏感な回線にのみ使用されます。


良好なPCBボード配線は、製造規格を満たすためにコンポーネントのレイアウトの調整、ワイヤの厚さ、間隔、配線の処理など、原理図設計では十分に考慮されていない実際の問題を処理することができます。