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PCB Blog - 高速PCB設計における10の重要事項の共有

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高速PCB設計における10の重要事項の共有
2023-11-23
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Author:Sabrina      文章を分かち合う

高速PCB設計の学習には、一般的な信号完全性、反射、クロストーク、電源ノイズ、フィルタリングなど、多くの知識点を理解し、把握する必要がある。


1、信号整合性

信号完全性(英語:Signal integrity、SI)とは、伝送路上の信号の品質を指し、伝送路は通常の金属線であってもよく、光学デバイスであってもよく、他の媒体であってもよい。

短距離、低ビットエレメントレートの場合、簡単な導体は信号を忠実に伝送することができます。

長距離、高ビット要素速度の信号は、いくつかの異なる導体を通過すれば、複数の効果が信号の信頼性を下げることができ、システムや装置が正常に動作しないようにすることができる。

集積回路の出力スイッチング速度の向上とPCBボード密度の増加に伴い、信号完全性はすでに高速デジタルPCB設計に関心を持たなければならない問題の一つとなっている。

部品とPCBボードのパラメータ、部品のPCBボード上のレイアウト、高速信号の配線などの要素は、信号完全性の問題を引き起こし、システムの動作が不安定になり、完全に動作しなくなる。

信号完全性に考慮すべき問題は主にリンギング、クロストーク、接地リバウンド、ツイスト(skew)、信号損失、電源供給中の騒音である。



高速PCB設計.jpg

高速PCB設計


2、反射

反射は伝送路上のエコーである。信号電力(電圧と電流)の一部はオンラインに転送され、負荷に達しますが、一部は反射されている。

ソース端と負荷端が同じインピーダンスであれば、反射は発生しません。ソース端と負荷端のインピーダンスが一致しないと、オンライン反射が起こり、負荷は電圧の一部をソース端に反射する。

負荷インピーダンスがソースインピーダンスより小さい場合、反射電圧は負であり、逆に負荷インピーダンスがソースインピーダンスより大きい場合、反射電圧は正である。

配線の幾何学的形状、不正確な線端接続、コネクタを介した伝送、電源平面の不連続などの要因の変化は、このような反射を引き起こす。



3、クロストーク

クロストークは2本の信号線間の結合であり、信号線間の相互誘導と相互容量はオンラインのノイズを引き起こす。

容量結合は結合電流を開始し、感性結合は結合電圧を開始する。PCBプレート層のパラメータ、信号線ピッチ、駆動端と受信端の電力特性及び線端接続配管はクロストークに一定の影響を与える。



4、特性インピーダンス

まずいくつかの概念を明らかにして、私たちはよくインピーダンス、特性インピーダンス、瞬時インピーダンスを見ることができて、厳密に言えば、彼らは区別があって、しかし万変はその宗から離れなくて、それらは依然としてインピーダンスの基本的な定義です:

4.1伝送路の始端の入力インピーダンスをインピーダンスと略称する、

4.2信号がいつでも遭遇するタイミングインピーダンスを瞬時インピーダンスと呼ぶ、

4.3伝送路が一定不変の瞬時インピーダンスを有する場合、伝送路の特性インピーダンスと呼ぶ。

4.4特性インピーダンスは信号が伝送路に沿って伝播する際に受ける過渡インピーダンスを記述し、これは伝送路回路における信号の完全性に影響する主要な要素である。

4.5特別な説明がなければ、一般に特性インピーダンスを用いて伝送路インピーダンスを総称する。

PS:高速PCB設計にとって、我々の目標は信号が伝送中にできるだけインピーダンスを安定させることであり、これは伝送路特性インピーダンスを安定させなければならない。



5、電源整合性

電源完全性(Power integrity)はPIと略称し、電源源と目的端の電圧と電流が需要に合っているかどうかを確認する。

電源の完全性は、現在の電子製品では非常に重要です。電源の完全性に関するいくつかのレベル:チップレベル、チップパッケージレベル、回路基板レベル、システムレベル。

その中で、回路基板レベルの電源完全性は以下の3つの需要を達成しなければならない:

チップピンの電圧漣波を規格より小さくする(例えば電圧と1 Vの誤差が+/-50 mV未満)

接地リバウンド制御(同期切替ノイズSSN、同期切替出力SSOとも呼ばれる)

電磁干渉(EMI)を低減し、電磁互換性(EMC)を維持する:電源分布ネットワーク(PDN)は回路基板上型の導体であるため、ノイズの送受信が容易なアンテナでもある。



高速PCB設計.jpg

高速PCB設計



6、電源ノイズ

電源ノイズは電磁干渉の一種で、その伝導ノイズのスペクトルは大体10 kHz ~ 30 MHzで、150 MHzに達することができる。

電源ノイズ、特に過渡的ノイズ干渉は、その上昇速度が速く、持続時間が短く、電圧振動幅が高く、ランダム性が強く、マイコンとデジタル電気ルイに深刻な干渉を与える。

高周波回路では、電源に含まれるノイズが高周波信号に与える影響が特に顕著である。そのため、まず電源が低ノイズであることが必要です。ここでは、清潔な場所は清潔な電源と同じくらい重要だ。



7、フィルタリング

フィルタリング(Wave filtering)は信号中の特定の帯域周波数をフィルタリングする動作であり、干渉を抑制し防止する重要な措置であり、フィルタリングは古典フィルタリングと現代フィルタリングに分けられる。



8、パラレルバス

バスは2つ以上のデバイスが通信する共有物理チャネルであり、信号線の集合であり、各部品間で情報を伝送するための複数の部品間の共通オンラインである。

接写動作モードが異なり、バスはパラレルバスとリストバスの2種類に分けることができる。

並列バス:同じ時刻に複数のデータを転送することができます。例えば、複数の車が並走することができる広い道路であり、双方向一方向の区別がありる。



9、リストバス

リストバス:同じ時刻に1つのデータしか転送できない。例えば、1台の車が歩くことしか許されない狭い道のように、データは次々と転送され、長いデータ列のように見えなければならないので、「リスト」と呼ばれている。



10、トポロジ構造

トポロジ構造とは、ネットワーク内の各サイトが相互に接続されている形式を指し、PCB設計におけるトポロジとは、チップ間の接続関係を指す。

一般的なトポロジ構造には、点対点、デイジーチェーン、遠位クラスタ型、星型などがある。



以上はiPCB高速PCB設計に関する10の重要事項を共有し、皆さんの学習に役立つことを願っている。