PCB設計における電磁問題を回避する（2）
クロストークとトレースが重要です
トレースは、電流が適切に流れるようにするために特に重要です。電流が発振器または他の同様のデバイスから来る場合、電流をグランドプレーンから分離しておくか、別のトレースと並列に流さないことが特に重要です。 2つの並列高速信号は、EMCとEMI、特にクロストークを生成できます。抵抗経路を最小化し、戻り電流経路をできるだけ短くする必要があります。リターンパストレースの長さは、送信トレースの長さと同じにする必要があります。
EMIの場合、1つは「攻撃的なトレース」と呼ばれ、もう1つは「犠牲にされたトレース」です。誘導性および容量性結合は、電磁場の存在により「犠牲化された」トレースに影響を与え、「犠牲化されたトレース」に順方向および逆方向電流を引き起こす可能性があります。このようにして、信号の送信長と受信長がほぼ等しい安定した環境でリップルが生成されます。
バランスのとれた安定したトレース環境では、クロストークを排除するために、誘導電流が互いに相殺される必要があります。しかし、私たちは不完全な世界にいるので、そのようなことは起こりません。したがって、私たちの目標は、すべてのトレースのクロストークを最小限に抑えることです。平行線間の幅を2倍にすると、クロストークの影響を最小限に抑えることができます。たとえば、トレース幅が5ミルの場合、2つの平行トレース間の最小距離は10ミル以上である必要があります。
新しい材料と新しいコンポーネントが出現し続けているため、PCB設計者は電磁適合性と干渉の問題に引き続き対処する必要があります。
デカップリングコンデンサ
デカップリングコンデンサは、クロストークの悪影響を減らすことができます。低ACインピーダンスを確保し、ノイズとクロストークを減らすために、デバイスの電源ピンとグランドピンの間に配置する必要があります。広い周波数範囲で低インピーダンスを実現するには、複数のデカップリングコンデンサを使用する必要があります。
ボールグリッドアレイの周囲にデカップリングコンデンサを使用すると、クロストークが減少します。デカップリングコンデンサを配置するための重要な原則は、最小静電容量値を持つコンデンサをデバイスにできるだけ近づけて、トレースへのインダクタンスの影響を減らすことです。この特定のコンデンサは、デバイスの電源ピンまたは電源トレースのできるだけ近くに配置され、コンデンサのパッドはビアまたはグランドプレーンに直接接続されます。トレースが長い場合は、複数のビアを使用してグランドインピーダンスを最小限に抑えます。
90°の角度を避けてください
EMIを低減するには、直角が放射される可能性があるため、90°の角度でトレース、ビア、およびその他のコンポーネントを形成しないでください。このコーナーで静電容量が増加し、特性インピーダンスが変化し、その結果、反射とEMIが発生します。 90°の角度を回避するには、トレースを少なくとも2つの45°の角度でコーナーに配線する必要があります。
ビアには注意してください
ほとんどすべてのPCBレイアウトでは、ビアを使用して異なる層間の導電接続を提供する必要があります。ビアはインダクタンスとキャパシタンスを生成する可能性があるため、PCBレイアウトエンジニアは注意する必要があります。場合によっては、ビアがトレースに作成されると特性インピーダンスが変化するため、反射も発生します。
また、ビアはトレースの長さを長くし、マッチングが必要なことに注意してください。差動トレースの場合、可能な限りビアを避けてください。これを回避できない場合は、両方のトレースでビアを使用して、信号とリターンパスの遅延を補正する必要があります。
ケーブルと物理的シールド
デジタル回路とアナログ電流を運ぶケーブルは、寄生容量と寄生インダクタンスを生成し、EMC関連の多くの問題を引き起こします。ツイストペアケーブルを使用する場合、結合レベルは低く保たれ、生成される磁場は除去されます。高周波信号の場合、EMI干渉を排除するために前面と背面を接地したシールドケーブルを使用する必要があります。
物理的シールドは、システム全体または一部を金属パッケージで覆い、EMIがPCB回路に侵入しないようにすることです。このシールドは、アンテナループのサイズを小さくし、EMIを吸収する、閉じた接地導電性容器のようなものです。