パワープレーンPCB：ベストプラクティス

多層プリント回路基板（PCB）を改善する最良の方法の1つは、電源プレーンを使用することです。 PCBに電源プレーンを採用することで、より短いリターンパスを利用し、回路間のデカップリングを改善し、より大きな電流容量を実現できます。 PCBを最大限に活用することに興味がある場合は、電源プレーンを実装するための主な方法を学びます。

この記事では、電源プレーンの定義、PCBでの使用方法、およびPCBで電源プレーンを使用するためのベストプラクティスについて説明します。

パワープレーンとは何ですか？

電源プレーンは、PCBに安定した電圧を供給するように設計された平らな銅プレーンです。グランドプレーンが電源のグランド接続に接続するのと同じように、電源プレーンは電源に接続されます。これらの電源プレーンは、トレースを備えたビアとの接触を通じてコン​​ポーネントに電力を供給します。

通常、3層を超えるPCBには電源面しかありません。より多くの層を備えたボードで電源プレーンを使用するこの傾向は、部分的には、電源プレーンの代わりに2層ボードにグランドプレーンを使用することの大きな利点によるものです。安定したグランドプレーンはトラックを利用して電源に電力を供給するため、2層ボードに適したオプションになる傾向があります。

3層以上のボードで電源プレーンを使用することは、多層スタックアップを作成するときに偶数の層を使用する業界のベストプラクティスです。スタックアップの層数が奇数の場合、非対称構造が作成され、反りやねじれなどの構造上の欠陥が発生することがよくあります。

PCBで電源プレーンはどのように使用されますか？

2層ボードは、トレースとトラックを備えたグランドプレーンの恩恵を受けることができますが、ほとんどの4層以上のボードは、電源プレーンの恩恵を大幅に受けることができます。 PCBで電源プレーンを使用して、トレースを使用する場合よりも大きな利点を提供する主な方法には、次のようなものがあります。

• より大きな電流容量： トレースはより大きな電流を処理するのに苦労する傾向があり、その結果、PCBの動作温度が高くなります。対照的に、電源プレーンは、PCBの電流容量が大きいため、PCBの動作温度を低くするのに役立ちます。
• より短いリターンパス： PCBがパワープレーンから利益を得るもう1つの方法は、トレースで使用されるものよりも短いリターンパスです。これらの短いリターンパスにより、電源レーンと信号層を接続するビアを簡単にたどることができるため、電源プレーンが回路に電力を供給するのがはるかに便利になります。リターンパスを短くすることで、PCBは電磁両立性（EMC）性能が向上します。
• 回路間のデカップリングの改善： パワープレーンは、回路間のデカップリングが向上するため、トレースではなくPCBで定期的に使用されます。この改善されたデカップリングは、電源の回路から回路へのノイズとエネルギーの拡散を防ぐのに役立ちます。

電源プレーン設計のベストプラクティス

PCBにパワープレーンを使用することに興味がある場合は、パワープレーン設計のベストプラクティスを理解する必要があります。パワープレーン設計の最も一般的な戦略のいくつかに依存することにより、熱をよりよく放散し、より対称的な構造を作り出すことができます。パワープレーンPCB設計のトップベストプラクティスは次のとおりです。

適切な熱放散のための電源プレーンの設計

多層PCBは、過熱して故障しないように、適切な熱放散が必要です。電源プレーンを備えた多層ボードがある場合は、プレーンパーティションを利用することをお勧めします。この設計戦略により平面の分割を改善できるため、複数のビアに依存することもできます。これらの戦略により、電源プレーンを使用しながら、PCBからより効果的に熱を放散することができます。

複数のドメインを使用する

単層PCBは通常、これらのコンポーネントに同じ電圧要件がある場合、そのコンポーネントに電力を供給するために単一の電力ドメインのみを必要とします。電源プレーンを備えたより複雑で高密度のPCB設計の場合、複数のドメインを使用することがベストプラクティスです。たとえば、PCBのI / Oポートの電圧要件はマイクロコントローラーユニットとは異なる場合があり、基準面を分割して両方の電圧を考慮する必要があります。

複数のドメインを持つことでスペースを節約し、すべてのコンポーネントに適切な電力を確保することができますが、それでもEMCの問題、より大きなノイズ、クロストークに遭遇する可能性があります。トップメーカーは、悪影響の可能性を減らすために、パワープレーンPCBの高電力、アナログ、およびデジタル回路を分離します。また、PCB上の各回路の電源レールを分離し、電源面をスキップして、より効率的な配線を受け取ることもできます。この設計オプションでは、グランドプレーンを使用してノイズを吸収し、リターンパスを短くする必要があります。

多層基板に対称性があることを確認する

多層PCBを設計するときは、適切な対称性が必要になります。パワープレーンは、この対称性を確保する上で重要な役割を果たします。たとえば、4層ボードには2つの内部電源プレーンが必要です。この設計戦略は、最下層と最上層に取り付けられたコンポーネントを備えた両面PCBに特に役立ちます。複数の電源プレーンを使用する場合は、トレースに依存してPCBリターンを得る必要があることに注意してください。

レイアウトソフトウェアと最高のレイアウトツールを使用してチーム間で協力する

パワープレーンPCBを作成するためのもう1つのベストプラクティスは、チーム間でのコラボレーションを可能にするレイアウトソフトウェアを使用することです。隅にソフトウェアがあると、正しいレイヤーサイズを設定し、適切な電源プレーンの設計でスタックアップを適切に配置し、最適な材料を選択するのに役立ちます。高品質のレイアウトソフトウェアは、最適な場所、サイズ、数、ビアの種類を決定するのにも役立ちます。

チーム間のコラボレーションソフトウェアを使用すると、可能な限り最高のデザインを使用できるようになります。このソフトウェアは、設計をより効果的にシミュレートして分析し、最適なパワープレーンの配置と構造を作成するのにも役立ちます。効果的なレイアウトツールを使用してこのソフトウェアを補完し、プロセスをさらに簡単にすることができます。

パワープレーンPCBのニーズに合わせてミレニアム回路を選択してください

これで、パワープレーンPCBを設計するためのベストプラクティスがわかったので、ニーズに最適なPCBを提供できる会社が必要です。ミレニアムサーキットリミテッドでは、パワープレーンを備えた多層PCBを含む高品質のPCBをクライアントに提供しています。業界での経験とISO9001：2015認定により、当社と提携することで、最も厳しい要件を満たす高品質のPCBを確実に受け取ることができます。

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