PCB 配線の最も包括的な概要。 14 PCB 配線の原則と技術
- 手動配線を主張し、自動配線は注意して使用してください
- メーカーの仕様を理解する
- 適切なトレース幅
- トレース間に十分なスペースを空けてください
- コンポーネントの配置
- アナログトレースとデジタルトレースを分離する
- 地層
- 配線と取り付け穴のために十分なスペースを確保してください。
- 交互配線方向
- 容量結合を避ける
- 放熱穴とパッドを配置
- 接地と電源配線
- シルクスクリーンレイヤーを使用する
- 90°を避ける
- 手動配線を遵守してください
一般的に、一般的な PCB 設計ソフトウェアには自動配線機能が含まれていますが、実際には、PCB レイアウト エンジニアのスキル、経験、柔軟性を完全に置き換えることのできる自動配線はありません。
場合によっては、自動ルーティングを使用できます。
すべてのコンポーネントを配置した後、AutoRoute ジョブを使用して完了率を確認できます。完了率が 85% を下回っている場合は、コンポーネントの配置を調整する必要があります。
ルーティングの際、ボトルネックやその他の重要な接続ポイントが見つかる可能性があり、自動ルーティング機能を使用して特定できます。
配線の開始方法がわからない場合、または問題が発生した場合は、自動配線をインスピレーションの源として使用できます。
銅配線のレイアウトを開始するときは、最小配線幅、配線間隔、組み立て可能な PCB 層の数に関する要件があるかどうか、時間をかけてメーカーに問い合わせてください。
この情報を事前に知っておくと、デザイン ルールでトレースの幅と間隔の値を設定して、PCB レイアウト全体の再配線を回避できます。
- 適切なトレース幅を選択してください
トレースの形状 (厚さと幅) により、回路があらゆる環境および負荷条件下で適切に機能することが保証されます。 PCB トレースは電気信号を伝送するために使用されるため、そこを流れる電流に適合する幅でなければなりません。
PCB レイアウト エンジニアは、基板が過熱するリスクを回避するために、各トレースの最小幅を決定する必要があります。 このパラメータは PCB 上の利用可能なスペースを減らすため、配線プロセスに直接影響します。
使用可能なスペースが問題にならない場合は、最小幅より広い幅のトレースを使用することをお勧めします。これにより、ボードの熱管理と信頼性が向上します。 外層のトレースにより熱交換が促進されるため、幅が小さくなる場合があります。
- トレースとパッドの間に十分なスペースを残す
PCB の製造または組み立て段階での短絡を避けるために、PCB トレースとパッドの間に十分なスペースを残すことが重要です (下図を参照)。
一般に、隣接する各トレースとパッドの間に適切な隙間を残すことをお勧めします。また、感電の危険を避けるために、トレースやパッドの周囲には常に十分なスペースを確保する必要があります。
- PCBコンポーネントの配置
コンポーネントをどのように配置するかによって、PCB 設計の成功が決まります。 コンポーネントを正しく配置するには、その特性を十分に理解する必要があります。
たとえば、熱に敏感な電解コンデンサは、発熱するダイオード、抵抗器、インダクタから遠ざける必要があります。
以下に簡単な経験則をいくつか示します。
複数のピンを持つコンポーネントは多くのスペースを占めるため、注意が必要です。
コンポーネントを同じ向きに配置する
各コンポーネントを配置する前に、各コンポーネントの機能と他のコンポーネントとの関係を考慮してください。
コンポーネントを調達した場合は、寸法に従ってレイアウトを紙に印刷し、コンポーネントが適合するかどうかを確認することをお勧めします。
- アナログトレースとデジタルトレースを分離する
デジタル信号、特に高周波信号を伝送する PCB 配線は、アナログ信号を伝送する配線から分離する必要があります。
アナログ信号とデジタル信号のトレースを分離すると、相互干渉の可能性が低減され、回路の安定性と信頼性が向上します。 アナログ信号とデジタル信号が同一線上にある場合、次の問題が発生する可能性があります。
クロストークの発生: デジタル信号の高周波成分がアナログ信号に干渉し、アナログ信号の精度を低下させます。
ノイズの発生: デジタル信号自体にはノイズが含まれています。 デジタル信号とアナログ信号が同じラインを共有している場合、これらのノイズはアナログ信号にも影響を与えます。
遅延または遅延: デジタル信号には送信中に一定の遅延または遅延が発生し、アナログ信号に歪みが生じる可能性があります。
- 下地層に注目
電圧を測定するためにすべてのトレースに同じ基準点を提供するため、すべての PCB には少なくとも XNUMX つのグランド プレーンが必要です。
代わりに、個々のトレースをグランドプレーンではなくグランドに配線することを選択すると、無数の異なるグランド接続が存在し、それぞれに独自の抵抗と電圧降下が発生することになります。
最も単純で直線的な解決策は、固体のグランド プレーンを作成することです。これは、銅領域全体、または多層基板の場合は層全体でも構いません。
信号を伝送するトレースの下にグランド層を配置すると、インピーダンスが低減され、ノイズ耐性が向上します。 電源層とグランド層を回路基板の最内層に配置し、対称かつ中央に配置することをお勧めします。 これにより、PCB が曲がるのを防ぎます。
- 配線と取り付け穴のために十分なスペースを確保してください
コンポーネントを配置するときは、最初にすべてのプラグインを配置する必要があります。他のコンポーネントとそれらを接続するすべてのトレースとの間に十分なスペースを確保していますか?
これを行わないと、PCB に感電の危険が生じる可能性があり、唯一の絶縁体であるソルダーマスクに依存しても安全は保証されません。
プラグインを使用する場合は、近くにある他のコンポーネントや配線からプラグインを保護するために、取り付け穴の物理的な寸法を超えてリング状のスペースを残すようにしてください。
- 交互配線方向
層上のほとんどのトレースが特定の方向 (例: 水平) に従う場合、隣接するトレースの垂直方向 (例: 垂直) が優先され、トラック間のクロストークを低減できます。
また、配線方向を交互にする配線方法により、信号の安定性も向上します。 同じ方向の配線では、信号線間の容量やインダクタンスの相互作用により、信号の反射、減衰、歪みなどの問題が発生する場合があります。
配線方向を交互にする配線方法も配線の複雑さとコストが増加する可能性があるため、実際の設計では比較検討する必要があることに注意してください。
- 容量結合を避ける
大きなグランド プレーンの上下に配置された配線によって引き起こされる容量結合を軽減するには、電源およびアナログ信号に割り当てられた配線が専用の層に配置されていることを確認する必要があります。
コンデンサ値を小さくします。コンデンサ値が小さいほど、容量結合の影響が小さくなります。 したがって、回路を設計するときは、可能な限り小さい静電容量値を使用して、容量結合の影響を軽減できます。
インピーダンスの増加: 回路内の関連信号のインピーダンスを増加すると、容量結合の影響を軽減できます。 たとえば、信号の入力または出力に適切な抵抗を追加すると、信号ソースと負荷の間の容量結合の影響を最小限に抑えることができます。
差動信号ラインを使用する: 差動信号ラインを使用すると、容量結合の影響をある程度まで軽減できます。 差動信号線はXNUMX本の線で構成されており、XNUMX本の線の差分で信号が伝達されるため、単線による容量結合の問題を回避できます。
- 放熱穴とパッドを配置
放熱穴を配置することで、PCB 基板の放熱効率を向上させることができます。 放熱穴により、PCB 基板に空気の流れが導入され、PCB 基板の表面積が増加し、熱が放散されやすくなります。 さらに、放熱穴により、PCB 基板表面の気泡や溶接時のガスの蓄積も軽減できます。
はんだパッドを配置すると、PCB ボードの信頼性が向上します。 パッドの設計では、溶接プロセスと溶接品質、およびコンポーネントと PCB 基板間の機械的強度と安定性を考慮する必要があります。 パッドの設計とレイアウトを最適化することで、溶接品質が向上し、溶接欠陥が減少し、PCB 基板の信頼性と性能が向上します。
- 接地と電源配線
電源およびグランド信号に関連するトレースは、デジタルまたはアナログ信号を伝送するトレースよりも太くなります。 これにより、より大きな電流を流すことができます。つまり、簡単な目視検査で簡単に識別できるため、信号と電力が減少します。ライン間の誤った接続の可能性があります。
一般的なルールは、グランドおよび電源配線には 0.040 インチ幅を使用し、他のすべての配線には 0.025 インチ幅を使用することです。
電源とグランドの配線を平均よりも広くしないと、その狭いスペースを通って大量の熱が流れ込み、ワイヤが焼けて、故障する可能性があります。 PCBボード.
+5V 電源トレースは、IC に接続されているすべての信号トレースと比較して幅が広いことがわかります。
- シルクスクリーンレイヤーを使用する
PCB ボードに付属のシルク スクリーン層を使用して、マークしたい情報をマークすることができます。
スペースを占めるような言葉を多用しないでください。
入手可能な情報をすべて書き留める必要はありません。たとえば、抵抗値にラベルを付ける必要はまったくありません。
許可されている場合は、印刷時に鮮明になるようにテキストを大きくすることができます。
インクがはんだの流れを妨げ、接合不良を引き起こす可能性があるため、はんだ付けされる露出した銅パッドにはラベルを貼らないでください。
- 90°の角度を避ける
平均的なエンジニアは、急な直角の曲線が高周波で問題を引き起こし、クロストーク、放射、反射が増加して信号の完全性を損なう不連続性を引き起こす可能性があることを知っているでしょう。
トレースは PCB 全体とコンポーネントの周囲を通り、最適な角度は 45° です。