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差動クロストークと差動ペア間のスペーシング PCB設計における差動ペアの間隔とクロストーク 差動信号によるクロストークが信号に問題を引き起こしていますか？ここでは、差動信号がどのようにクロストークを発生させるか、そしてどのようにして差動信号の整合性を保証できるかについて説明します。
PCBトレースのインダクタンスと幅：どれくらい広いのが過ぎるのか？ PCBトレースのインダクタンス計算：どれくらい広いのが過ぎるのか？ トレースを正しくサイズ設定し、PCBトレースのインダクタンスが十分に低いことを確認する方法は次のとおりです。
PCBの種類 PCB設計を開始すると、アプリケーションごとに専用の異なる設計要件があることに気づくでしょう。ワークフローの生産性を損なうことなく、全ての設計要件を満たすには、どのような設計要件にも適応するPCB設計ソフトウェアが必要です。統合設計インターフェースを備えたPCB設計ソフトウェアを使用すれば、アプリケーション固有の設計要件を定義し、満たすことも簡単です。 Altium Designer あらゆるアプリケーションに合わせて固有のPCBを設計できるPCB設計ソフトウェアパッケージ。 完全に電気を使わない生活をしている人以外は、常に多数のPCBに囲まれていると言っても過言ではありません。これらのPCBは、どれも固有のアプリケーションに合わせてカスタマイズされており、デバイス間で交換できるPCBは1つとしてありません。PCB設計には、暗黙的にカスタマイズ性が求められるため、設計者と技術者には、あらゆるアプリケーションに対応するPCBを構築できる設計ソフトウェアが必要です。 PCBにはさまざまな種類がありますが、最新の設計プロセスで使用されるPCBには、リジッドPCB、フレキシブルPCB、リジッドフレキシブルPCBなどがあります。しかし、使用するPCBの種類についてはさらに多数の考慮事項があり、プリント回路にはどのような銅箔要件があるのか、それによって半田、およびソルダーマスク要件はどうなるのか、表面実装コンポーネントやスルーホール技術は使用されるのかなどを検討する必要があります。 片面PCBでも、細かい調整や正確な計算を必要とする制約や寸法線が十分にありますが、多層、またはマルチボードのシステムではどうなるのでしょうか。PCBの種類は、技術者が考慮に入れる技術的な性能や要件に合わせて適応し続けていますが、お使いの設計ソフトウェアはこの変化に追いついていますか。 あらゆるアプリケーションに対応するPCB設計 全てのPCBが同じように作成されるわけではなく、ほとんどのアプリケーションには独自に設定された機能要件があります。同様に、全てのPCB設計ソフトウェアパッケージが任意のアプリケーション向けの設計に合わせて即座にカスタマイズできるわけでもありません。シングルレイヤーなどのより単純なPCBや低速デバイスの場合、必要なデザインルール数とコンポーネント数はその他のデバイスよりも比較的少なくなります。どのようなアプリケーションであっても、PCB設計ソフトウェアで設計仕様をカスタマイズできる必要があります。 全ての要件は、デザインルールを使用して実現されます。多くのPCB設計ソフトウェアパッケージには、業界標準のデザインルールが含まれており、これを使用することで大幅に設計時間を節約できます。これに加えて、どのデザインルールがアプリケーションに適しているかを設計者が選択し、独自のデザインルールを指定できるような設計ソフトウェアが望ましいでしょう。また、設計の検証時には、ソフトウェアによってこれらのルールを基準にレイアウトがチェックされ、簡単にエラーを修正できる必要があります。 PCBアプリケーションに合わせた設計ソフトウェアのカスタマイズ 特定のアプリケーションに合わせた構築には、設計環境のパラメーターを定義できる設計ソフトウェアが必要です。これには、カスタマイズしたデザインルールの定義、カスタマイズしたコンポーネントの構築、レイヤースタックアップの指定、電源とGNDの配列が含まれます。これら全ての側面によって特定のアプリケーションに合わせた設計の基盤が築かれます。 PCB設計ソフトウェアには、デザインルール チェックとカスタマイズ機能が含まれている必要があります。これにより、特定のアプリケーションが持つ要件を満たす設計を実現しやすくなります。 デザインルールの設定、およびチェックの詳細については、こちらをご覧ください。 特別なPCBアプリケーションでは、特殊な機能を備えたカスタマイズコンポーネントの作成が必要になる場合が少なくありません。 カスタマイズ コンポーネントの作成の詳細については、こちらをご覧ください。 設計ソフトウェアには、ボードシェープからレイヤースタックアップ、および材質オプションまで、あらゆる基板配置に必要な全てのオプションが含まれている必要があります。 基板のカスタマイズの詳細については、こちらをご覧ください。
PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません PCB制作者はAltium Designer以上を探す必要はありません PCB設計ソフトウェアに関して言えば、最高のソフトウェアパッケージは部分的に販売されることはありません。PCB設計業界が求める最新かつ最高のツールを含む統合ソフトウェアソリューションが必要です。PCB設計が初めてであろうと、何十年ものビジネスに携わっているとしても、Altium Designerはあらゆる用途の高品質なPCBを生産するためのツールを提供します。 ALTIUM DESIGNER 設計プロセス全体に必要なツールを含む統合PCB設計ソフトウェアパッケージ シンプルな回路基板を作成できるプログラムはたくさんあります。しかし、最高のPCBを構築したい場合、最高のツールが必要です。今では、Altium Designerで統一されたPCB設計環境で作業できます。機能が分離されたプログラム間で設計を移動させる日々は過ぎ去りました。 Altium Designerを使用すると、必要な重要な機能をすべて含む単一のインターフェース内で操作できます。業界標準の設計、シミュレーション、CAD/CAM、およびドキュメント機能は、Altium Designerの64ビットマルチスレッディングアーキテクチャによって提供されます。完成した製品を生産し始めるために必要なすべてが単一のソフトウェアパッケージ内に存在します。 強力なインターフェースを活用して回路基板を作成する 新しいソフトウェアパッケージに慣れるまでには時間がかかることがあります。設計ツールが複数のプログラムに分かれている場合、状況はさらに悪化します。設計ツールが単一のソフトウェアパッケージに統合されている場合、ソフトウェアの細かな点を学ぶのに必要な時間は短縮されます。回路は、設計エンジニアが自由と創造性を持って作業できるよう促すPCBソフトウェアを要求します。 PCBクリエーターは、回路図のキャプチャからレイアウトへの移行を容易にし、PCBメーカー用の出力ファイルを慎重に管理できるソフトウェアを求めます。すべてを一つのプログラムで一貫したファイル形式で保持することで、複数のプログラム間での変換によるエラーを排除します。真の回路基板クリエーターがこれまでになく簡単になりました。 統合された設計インターフェースでPCBをレイアウト 強力なルーティングツールで、設計が目の前でまとまっていくのを見守りましょう。ルーティング機能を広範なコンポーネントライブラリとCAD/CAMツールと組み合わせることで、回路図からレイアウトへの移行に必要なものがすべて揃います。直感的な設計インターフェースが、簡単に始めることを可能にし、成功を手の届くところに置きます。 Altium Designerの設計インターフェースを使えば、回路図の設計とコンポーネントのレイアウトを始めるのが簡単です。 Altium Designerの統合設計インターフェースについてもっと学びましょう。 Altium
電源プレーンリターンパス Thought Leadership パワープレーンとグラウンドプレーン：PCBのパワープレーンをリターンパスとして使用すべきですか？ 電源プレーン（電源層とも呼ばれる）とグラウンドプレーンは、電力供給の配布以上の重要性を持っています。インピーダンス制御ルーティングでの基準プレーンの定義や、リターンパスの管理においても、スタックアップはリターン電流がPCBの電源プレーンに入り、その後グラウンド層に再結合されるよう強制することがあります。インピーダンス制御トレース幅の基礎としてGND基準層を定義しても、設計内の電源層の長さに沿った明確なリターンパスを定義する必要があります。電源層をリターンパスとして使用するPCB内でのリターンパスを制御するための良い実践をいくつか見てみましょう。 PCBの電源プレーンをリターンパスとする場合の信号挙動 「リターンパス」と言うとき、設計内でリターン電流が自然に従うパスのことを指します。このパスにより、電流はPCBアセンブリの入力側の低電位端子に戻ることができます。伝送線上で移動する信号にとって、リターンパスは線とその基準プレーンの間の容量によって決まります。容量が大きい、周波数が高い、またはその両方である場合、リターン電流は変位電流として容易にグラウンド層に入ることができます。 これは、伝送線とその参照平面との距離が、その参照平面のタイプが何であれ、実際の設計においていくつかの重要な電気的振る舞いを決定することを意味します。そのような振る舞いには、 外部ソースからのEMI感受性があり、これは大きな電流ループを介して誘導的に、または電場を介して静電容量的に受信されることがあります 不一致のインピーダンスは、平面領域間、ギャップを越えて、またはインターコネクトに沿ってトレース幅が変化する場合に生じます 他のトレースからのクロストークは、設計が 伝播中の損失は、伝送線と近くの参照平面または他の導体の間の場の線の集中によって発生します 返り経路または信号参照を提供する隣接層としてパワープレーンまたはグラウンドプレーンのどちらを使用するか選択できる場合は、常にPCBグラウンドプレーンを選択するべきです。これには2つの理由があり、以下で詳しく説明します。 静電容量結合 電力プレーンがどのようにして（あるいはしないで）任意の種類のリターンパスとして機能するかを議論する前に、我々は次の質問をしなければなりません。伝送線から電力プレーンPCBへの電流はどのようにして入るのでしょうか。答えは、容量性結合です！上述のように、リターンパスは伝送線と近くの導体の間で誘導されることが記されています。近くのプレーン層については、線とプレーンの間に電気ポテンシャルが変化するたびにこれが発生します。したがって、プレーンの隣でトレースが配線され、デジタル信号がそのトレースを通過するとき、我々は今、プレーン層で変位電流が駆動されていることになります。 近くのプレーンが、電力入力時の低ポテンシャル点と同じポテンシャルのグラウンドプレーンであれば、全てがうまくいくでしょう。これの問題点は、電流が電力プレーンから近くのグラウンド層へと移動する必要があるとき、電流は別の誘電体層を通ってPCBグラウンドプレーンに到達する必要があるということです。 スタックアップの設計方法や信号が誘導される基板の領域によって、2つの層の間のキャパシタンスは、電源プレーンとグラウンドプレーンの間に非常に高いインピーダンスの経路を形成する可能性があります。スタックアップによっては、以下に示すような単純な4層スタックアップの場合、電源層とPCBグラウンドプレーン層の間のプレーンキャパシタンスは非常に小さく（平方ミリメートルあたりフェムトファラドのオーダー）、非常に高速なデジタル信号や非常に高周波のRF信号を除いて、極めて高いインピーダンスのリターンパスを作り出します。この電源プレーンとグラウンドプレーンの間の旅の中での唯一の他の選択肢は、以下に示すように、最も近いデカップリングキャパシタを通ることです。どちらの場合でも、基板のどこかでEMI問題が発生する可能性があります。 通常の低速シングルエンド信号（たとえば、立ち上がり時間が制限されたI2CやSPI信号など）の場合、このGNDへの結合から発生するEMIが最大の問題ではないかもしれません。これは、純粋なDCや低周波アナログデバイスではまったく発生しません。しかし、今日の標準CMOSコンポーネントでは、一般的なデジタルコンポーネントのシングルエンドバスでもこの問題が発生する可能性があります。では、解決策は何でしょうか？ 解決策は、PCBスタックアップの再設計にあります。最も簡単な方法は、グラウンドリターンを提供するレイヤーを追加することです。一般的に、すべてのGNDプレーンが適切に間隔を置いてステッチングビアで繋がれている限り、他の設計変更は必要ありません。設計の観点からより時間がかかるものとして、上記の4層スタックアップのように、PWRとシグナルを同じレイヤーに配置し、その上にPWRをプアとして同じレイヤーに追加することが挙げられます。 4層例 上記の例の4層ボードでは、連続したビットストリームを提供する必要があるバスとラインを、GNDの直上のトップレイヤーに配置するのが最適です。RCやシリーズ終端で遅延させることができる制御信号などの他の信号は、バックレイヤーに配置することができますし、その他のサポートコンポーネントも同様です。しかし、両方の表面レイヤーにデジタルバスを持つ4層PCBが必要な場合、最良の実践は代替スタックアップを使用することです。 このスタックアップは、ノイズを抑制し、どこでもクリアなリターンパスを提供する最良の代替手段と言えるでしょう。これはSIG+PWR/GND/GND/SIG+PWRスタックアップで、信号と電力は上層でルーティングされます。これにより、電力レールは隣接するGNDプレーンに近接して配置されるべきであるため、非常に強力なデカップリングが提供されます。 この代替4層スタックアップについてもっと学ぶ このボードには、複数の電力レールがある場合に生じる可能性のある難しさが一つあります。4層ボードが両層に高速信号を必要とし、複数の電力レールと強力な電力整合性が必要な場合、標準のSIG/GND/PWR/SIGスタックアップは機能しません。ここで、2層を追加して6層スタックアップを構築することが最良の選択です。
インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 インピーダンスに影響を与える伝送線路の特性 - 隠された特徴 こちらと他のいくつかの記事では、 Altiumリソースセクションで、伝送線路インピーダンスについて様々な観点から取り上げています。私は以前、 シミュレーション技術とインピーダンスの進化という記事で伝送線路インピーダンスについて取り上げましたが、インピーダンスに関して提供できる情報は尽きたかのように思われるかもしれません。しかし、実際には、いくつかの特徴は触れられただけでした。この記事では、それらの特徴とその効果、および伝送線路インピーダンスを制御するために使用される基本方程式について詳しく説明します。 インピーダンスまたは不一致の原因 以前の記事で議論されたように、表面層上の伝送線路のインピーダンスを決定する4つの主要な変数には以下が含まれます： それが通過する平面上のトレースの高さ。 トレースの幅。 トレースの厚さ。 トレースを支えるために使用される絶縁材料。 上記の4つの変数が分かれば、PCB内のどの特徴がインピーダンスに関連する影響を持つかを判断することができます。これらの特徴には以下が含まれます： 同一層内でのトレース幅の変化。これは一般にトレースネッキングと呼ばれます。 トレースネッキングは、トレースがSMD（表面実装デバイス）やトレースの幅よりも小さい直径のスルーホールなど、狭いパッドに近づくとトレース幅が減少することを指します。 トレース厚さの変化。 平面上の高さの変化。 伝送線路に沿ったスタブ。 伝送線路に沿った負荷。 コネクタの遷移。 不適切な終端。 終端のない状態。 大きな電力平面の不連続。
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