今日のエレクトロニクス市場では、単一基板上の小型プリント基板 (PCBS) に複数の高速機能を統合する必要があり、設計者はパッケージングとスペースを最適化するために配線を非常に近くに配置する必要があります。 この近接により、クロストークとして知られる現象である電磁界の予期せぬ結合が発生する可能性があります (図 1 を参照)。

図 1: 潜在的なクロストーク問題がある PCB 上の隣接するラインのグラフィック表示。

高密度実装は避けられませんが、潜在的なクロストークや電磁干渉/互換性 (EMI/EMC) の問題を避けるために、PCB 上の配線に関連する特定の PCB 設計ルールに違反してはなりません。

(以下のセクションでは、「クリティカル ネットワーク」という語句は、PCB のアプリケーションに応じて、PCB 上の高速クロック/データ ライン、重要なセンサー ラインなどを指します。)

ルール 1: I/O ネットワークの近くにある主要なネットワーク

I/O ラインに関連する重要なネットワークの配線を確認することが重要です。ノイズは、PCB に出入りする I/O ラインを介してボードに容易に結合したり (図 2 を参照)、PCB に運ばれる可能性があるためです。他のボード。

図 2: クリティカル ネットワークと I/O ネットワークが互いに近くに配線されているシナリオの概略図。

I/O ラインを介してボードに侵入するノイズは、重要なデータ/クロック信号を伝送する重要なネットワークに結合する可能性があり、これは基本的に PCB 耐性の問題です (図 3A)。同様に、重要なネットワークによって伝送される高速信号は I/O ネットワークに結合され、最終的にはボードの I/O ラインを介して外界やシステム内の他のモジュールに送信されます。原則として、これは PCB の放射線の問題となります (図 3B)。

図 3A (左) および 3B: 重要なネットワークと I/O ネットワークの近接によって引き起こされる潜在的な EMI/EMC 問題

ルール 2: 露出された重要な配線長

短波長では高速PCBS(> 100MHz)、重要なネットワークの電気長 (図 4a を参照) は、特に最上層または最下層にさらされている場合、効果的な放射線源となるのに十分です。 この不要な放射は、隣接するケーブルに結合する可能性があり、ケーブルに近いデバイス内のケーブルにも結合する可能性があります。 図 4b に示すように、PCB の内層の固体プレーンの間に重要なネットワークを埋め込むことをお勧めします。 これは、ラインからフィールドを密閉し、クロストークや EMI の形での意図しない結合を回避するのに役立ちます。 これらの重要なネットワークを外層で露出する必要がある場合、露出部分の長さはできるだけ短くする必要があります。 これは、露出したワイヤの長さが短いほど放射が少なくなり、電気的に小さいと非効率なアンテナになるためです。

図。 4A (左) および B: プレーン間の露出または閉鎖されたクリティカル ネットワークの図

ルール 3: 重要な差分のネットワーク マッチング

理論上、差動ペアは同じサイズで逆極性の信号を送信します。これは、差動ペアによって発生する EMI が互いに打ち消し合うか無視できるためです。 ただし、これは、ペアの線が同じ長さで、可能な限り対称的に互いに近い場合にのみ機能します。 これらのいずれかに違反すると、コモンモードノイズや EMI の問題が発生する可能性があります。 EMI は伝送される信号の周波数を増加させるため、特に高周波の重要な信号を伝送する差動ネットワークでは、これは大きな懸念事項です。 図 5 は、IC パッケージと回路基板上の出口点 (コネクタ) の間の重要な差分ペアの正しい/誤った配線方法のいくつかの例を示しています。

図 5: 基準面で分割された戻り電流経路

Critical Difference ネットワーク マッチング: シミュレーションと実際のテスト要件との関係

図 6A と 6B の PCB の例では、差動ペアが対称と非対称の XNUMX つの異なる方法で PCB 上に配線されている単純なケースがあります。 どちらの場合も、SIwave では、一端で差動電圧源によって励起され、もう一端で負荷によって接続されます。

図 6A (左) および B: PCB 上の配線用の差動ペアの例

どちらの場合も近接場解析を実行します。 差動ペアの対称配線を備えた PCBS では、図 7 と図 7 に示すように、非対称配線よりもニアフィールド レベルが低くなります。図７Ａおよび７Ｂ。

図。 7a (左) および B: 対称および非対称差分ペア ネットワークを使用した近距離 @ 597.45 MHz

EMI/EMC 規制 AIS 004 (インド) または UNECE R10 (ヨーロッパ) の放射要件に従って PCB をテストするとします。図 8 は、1 MHz ～ 30 GHz の周波数範囲で PCB から 1 m の距離でシミュレートされた遠距離場の比較分析を示しています。非対称の差分ペアの場合、放射レベルが約 8 ～ 10 dB 増加し、563.50 MHz 以上の周波数にも準拠しなくなることに注意してください。

図 8: 1 m の放射線の比較

SIwave の PCB レベルでのシミュレーションにより、このような EMI 問題の早期特定が可能になり、物理テストやより高度なシミュレーション向けに設計される前に PCBS を最適化するのに役立ちます。

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