PCB層の設計と電磁両立性には、このような大きな関係がありますか？
高速回路基板の設計プロセスにおいて、電磁両立性設計は重要かつ困難なポイントです。このホワイトペーパーでは、結合源の伝搬経路を減らし、伝導結合と放射結合によって引き起こされる電磁干渉を減らし、層の設計と層のレイアウトの側面から電磁両立性を改善する方法について説明します。
1はじめに
電子製品の信頼性と安定性の問題の多くは、電磁両立性設計が原因です。一般的な問題には、信号の歪み、過剰な信号ノイズ、作業中の不安定な信号、システムがクラッシュする傾向がある、システムが環境干渉を受けやすく、干渉防止能力が低いなどがあります。電磁両立性設計は、設計から電磁気学までの知識を持つかなり複雑な技術です。この記事では、電子エンジニアに参考資料を提供するために、レイヤー設計とレイヤーレイアウトの観点からいくつかの経験的手法について説明します。
2.レイヤーの構成
PCBボードの層には、主に電源層、グランド層、信号層が含まれ、層の数は各層の数の合計です。設計プロセスの最初のステップは、すべての信号源とグラウンド、およびさまざまな信号を調整および分類し、分類に基づいて展開および設計することです。一般に、さまざまな電源はさまざまな層に分割する必要があり、さまざまなグランドには対応するグランドプレーンも必要です。クロックの高信号や周波数信号などのさまざまな特殊信号を個別に設計する必要があります。電磁適合性を向上させるには、特殊信号をシールドするためにグランドプレーンを追加する必要があります。コストも考慮すべき要素の1つである場合、設計プロセス中の電磁両立性とシステムのコストのバランスを見つける必要があります。
電源プレーンの設計における最初の考慮事項は、電源のタイプと数です。電源装置が1つしかない場合は、単一の電源層を検討できます。高電力要件の場合、異なる層のデバイスに電力を供給するために複数の電力層が存在する場合もあります。複数の電源装置がある場合は、複数の電源層の設計を検討するか、同じ電源層で異なる電源装置を分割できます。分割の前提は、電源間にクロスがないことです。クロスがある場合は、複数の電源層を設計する必要があります。
信号層の数の設計では、すべての信号の特性を考慮する必要があります。特殊な信号の重ね合わせとシールドは、限られた方法で検討すべき問題です。一般に、設計ソフトウェアは設計に使用され、特定の詳細に従って修正されます。信号密度と特別な信号の整合性は、レイヤー設計で考慮しなければならない問題でなければなりません。特別な情報については、グランドプレーン層は、必要に応じてシールド層として設計する必要があります。
通常の状況では、それが純粋にコストの考慮事項ではない場合、シングルまたはダブルパネルを設計することは推奨されません。シングルパネルとダブルパネルは処理が簡単で低コストですが、信号密度が高く、高速デジタル回路やアナログ-デジタルハイブリッド回路などの複雑な信号構造の場合、シングルパネルにはないため、特別な基準接地層、ループ面積が増加し、放射が増加します。効果的なシールドがないため、システムの干渉防止機能も低下します。
3. PCB層のレイアウト設計
信号とレイヤーが決定したら、各レイヤーのレイアウトも科学的に設計する必要があります。 PCBボード設計の中間層のレイアウト設計は、次の原則に従います。
（1）電源プレーンは、対応するグランドプレーンに隣接しています。この設計の目的は、カップリングコンデンサを形成し、PCBボード上のデカップリングコンデンサと連携して、電源プレーンのインピーダンスを低減し、より広いフィルタリング効果を得ることです。
（2）参照層の選択は非常に重要です。理論的には、電源層とグランドプレーンの両方を基準層として使用できますが、グランドプレーンは一般に接地できるため、シールド効果は電源層よりもはるかに優れているため、グランドプレーンが一般的に推奨されます。参照面として。
（3）隣接する2つのレイヤーのキー信号は、パーティションを通過できません。そうしないと、より大きな信号ループが形成され、より強い放射と結合が生じます。
（4）グランドプレーンの完全性を維持するために、グランドプレーン上でルーティングすることはできません。信号線の密度が大きすぎる場合は、電源層の端に配線することを検討できます。
（5）高速信号、パイロット信号、高周波信号などの主要信号の下にグランド層を設計し、信号ループパスが最短になり、放射が最小限になるようにします。
（6）高速回路設計の過程で、電源の輻射やシステム全体への干渉にどう対処するかを考える必要があります。一般に、電源プレーンの面積は、電源プレーンを保護できるように、グランドプレーンの面積よりも小さくする必要があります。一般に、電源プレーンは、グランドプレーンの2倍の厚さでインデントする必要があります。電源層のへこみを減らす場合は、媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があります。
多層プリント基板のレイアウト設計で従うべき一般原則：
（1）電源プレーンのプレーンは、グランドプレーンに近く、グランドプレーンの下に設計する必要があります。
（2）配線層は、金属面全体に隣接して設計する必要があります。
（3）デジタル信号とアナログ信号は分離された設計でなければなりません。まず第一に、デジタル信号とアナログ信号は同じ層で避けなければなりません。回避できない場合は、アナログ信号とデジタル信号を領域にルーティングし、アナログ信号領域にスロットを付けることができます。デジタル信号エリアから絶縁されています。同じことがアナログ電源とデジタル電源にも当てはまります。特にデジタル電源の場合、放射は非常に大きく、絶縁してシールドする必要があります。
（4）中間層の印刷ラインは平面導波路を形成し、マイクロストリップラインは表面層に形成されます。 2つの透過特性は異なります。
（5）クロック回路と高周波回路は干渉と放射の主要な発生源であり、敏感な回路から離して、離れて配置する必要があります。
（6）異なる層に含まれる迷走電流と高周波放射電流は異なります。配線する場合、それらを同等に扱うことはできません。
4.まとめ
層の数と層のレイアウトの設計により、PCBボードの電磁適合性を大幅に改善できます。層の設計では、主に電源層と接地層、高周波信号、特殊信号、および敏感な信号を考慮する必要があります。層のレイアウトでは、主に、さまざまなカップリングのレイアウト、グランドと電源ライン、クロックと高速信号のレイアウト、アナログ信号とデジタル情報のレイアウトを考慮する必要があります。