シグナルインテグリティとPCB

シグナルインテグリティ

高速PCBレイアウトガイドラインに関する主要な問題は、シグナルインテグリティです。 PCBユニットによるシグナルインテグリティの喪失は長い間懸念されてきたため、プリント回路基板を製造、販売、または購入する際には、シグナルインテグリティのPCBレイアウトに関する考慮事項を念頭に置くことが重要です。

シグナルインテグリティの問題とプリント回路基板

頻度

低周波数では、シグナルインテグリティに関する大きな問題は発生しません。ただし、信号速度を上げると、周波数が高くなり、システムのアナログとデジタルの両方の特性に影響を与える可能性があります。より高い周波数で反射、グラウンドバウンス、クロストーク、リンギングが発生する可能性があり、信号の完全性に深刻なダメージを与える可能性があります。

より高い周波数が予想される場合は、ボード設計のI/O信号に対する伝送線路の影響を考慮する必要があります。

速度

当然、速度と周波数の関係は覚えておく必要があります。速度が遅いと、周波数が低くなり、信号伝送の問題が少なくなります。速度が速いと、周波数が高くなり、それに伴う問題が発生する可能性があります。

長さ

伝送とシグナルインテグリティに関して考慮すべきもう1つの問題は、伝送媒体の長さです。伝送媒体が長いほど、ある種の信号損失が発生する可能性が高くなります。

幸い、これらおよびその他のほとんどのシグナルインテグリティの問題は、高品質の設計と、プリント回路基板を設計する際の基本的なレイアウトガイドラインを念頭に置くことで対処できます。

メインシグナルインテグリティPCBレイアウトの考慮事項

高速信号が最大の効率で伝わるように伝送線路を設計するための最良の方法について、広範な研究が行われてきました。シグナルインテグリティやその他の伝送の問題に関する潜在的な問題を減らすには、PCBサプライヤがボードに強力な設計を提供していることを確認することが重要です。

以下は、Texas Instrumentsなど、クロック信号やそのルーティングなどの高速信号に対応し、設計者に重要なコヒーレンスのレビューを提供する、さまざまなソースによって公開されているガイドラインの一部です。多くのことが伝送線路に影響を与える可能性があるため、EMIの問題が発生する可能性があります。これらの問題を減らすには、優れたPCB設計が重要です。また、いくつかの単純な設計ルールを使用すると、PCB設計者はこれらの問題を最小限に抑えることができます。

PCBにアプローチするとき、設計者は次のようないくつかの基本的な質問をすることから始める必要があります。

• 敏感な信号はありますか？それらの敏感な信号にはストリップラインが必要ですか、それともマイクロストリップで十分ですか？
• 周波数はどれくらい高く、システムはどれくらい速くなることができますか？
• シンクとソースの入力と出力の電気的仕様は何ですか？
• 電源電圧はいくつあり、それぞれに独自の電源プレーンが必要ですか？
• トレースの最小の幅、間隔、高さ、およびレイヤー間の最小距離はどれくらいですか？
• 少なくとも2つの独立した官能基の間に相互接続がありますか？
• ビアの要件は何ですか？ブラインドまたは埋設ビアは可能ですか？

プリント回路基板の構造に関する考慮事項

高速回路基板の場合は、接地面と電源面が埋め込まれた多層膜があることを確認する必要があります。デバイスのグランド接続と電源接続を短くして伝送長とエラーの可能性を減らすには、銅線のソリッドプレーンが非常に役立ちます。グランドプレーンは、高速信号に低インダクタンスのリターンパスを提供します。

プリント回路基板供給の第一人者であるMillenniumCircuitsLimitedは、シグナルインテグリティの損失を減らして高速伝送を可能にするように設計されたPCBを提供し、ビジネスニーズに最適なコンポーネントパッケージを決定するのに役立ちます。

PCBシグナルインテグリティのヒント

効率的なプリント回路基板の設計に関して覚えておくべき他のいくつかのヒントを次に示します。

• 直角： トレースの直角は、その領域の静電容量を増加させ、インピーダンスの変化と反射につながるため、避けてください。 45度の角度がより適切であり、丸い曲げが理想的です。
• バイアス： ビアはルーティングにとって非常に重要ですが、インダクタンスと静電容量が追加され、反射が発生します。また、トレースの長さが長くなるため、慎重に使用し、差動トレースのビアを避けてください。
• 信号の分離： 高速信号と低速信号を互いに離してください。デジタル信号とアナログ信号も分離します。クロストークを最小限に抑えるために、信号を互いに90度にルーティングします。

PCBラミネートの選択

もう1つの重要な考慮事項はラミネートです。 FR4 PCBラミネートは、費用対効果が高いため一般的な選択肢ですが、高速でのデジタル信号の完全性に影響を与える可能性があります。

より高い周波数の場合は、RogersRO4350のような高速ラミネートを検討することをお勧めします。これらのラミネートは、より高い周波数に対してより優れた特性を持ち、設計目標に到達しやすくなります。欠点は、このタイプのラミネートのコストがかなり高くなることです。

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