高速PCB設計の原則：トレースは短く直接的に

「少ないほうが良い」という考えには、実際に自分で経験するまで本当に信じていませんでした。ある日、友人たちとのバーベキューで、私は「グリルマイスター」として、ステーキの調味と焼きを担当しました。シンプルに塩と胡椒で味付けすることにし、塩好きの私は塩加減に制限はないと思っていました。しかし、結果的にステーキはほとんどの友人にとって塩辛すぎて食べられないものになりました。塩辛いステーキは口に悪い味を残しますし、長いトレースが多い高速PCBも同様です。PCB上の長く曲がりくねったトレースはEMIを増加させ、不動産コストをかさませます。「少ないほうが良い」を実践し、トレースを短く直接的に保つことで、誰もがあなたの設計を不味いと感じることがないようにしましょう。

長いトレースはEMIリスクを増加させる

ご存知の通り、高速PCB設計ではEMIに関する問題がしばしば発生します。このEMIリスクは、送信または受信アンテナとして機能する長いトレースから生じることがあります。長いトレースはより多くの距離をカバーするため、途中で敏感な回路が影響を受ける可能性が高まります。短いトレースを使用し、直接的な経路を取ることで、アンテナとトレースの近接性からのEMIリスクを減らすことができます。

誰も意図的にステーキに塩を過剰に振りかけることはないように、EMIのアンテナとなるようなトレースを意図的に配置することはありません。もしかすると、高周波がキャパシタのインピーダンスを変更したか、またはリターン電流がグラウンドプレーンで予期せぬループを作ったのかもしれません。理由は何であれ、アンテナ放射を軽減する最善の方法はトレースを短くすることです。アンテナは送信または受信が可能なので、「ノイズが多い」回路と「静かな」回路の両方のトレースを短くするべきです。小さなアンテナは常に大きなアンテナよりも放射または受信を少なくします。

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トレース自体だけが高速PCB設計でEMIを放射する唯一の要素ではありません。グラウンドプレーンの隙間も、トレースが横切るときにアンテナとして機能します。トレースを短く直接的に保つことが重要ですが、グラウンドプレーンの隙間を横切るコストでそれを行うべきではありません。

大陸横断のトレースは間違いなく長すぎます。

長いトレースはコストがかかる

トレースが長ければ長いほど、より多くのスペースを占めます。トレースが少なければ少ないほどお金がかかります。

プリント基板の設計者は常により小さなものを作るように押されていますので、トレースを短くすることで問題に追加しましょう。トレース自体がスペースを取るだけでなく、トレースの周りにはクリアランスのためのスペースもより多く必要になります。あなたの会社の会計士は、若者が言うように、「塩辛い」かもしれません。過度に大きなPCBのために支払いをさせることで、彼らをさらに塩辛くしないでください。

直接トレースし、ルーティングする前に考えてください。

トレースを短くする方法

高速トレースの長さを短くする最良の方法は、PCBを慎重にレイアウトすることです。高速システムを互いに近くに配置し、受信機をそれぞれの入力の近くに保ちます。

良いPCBレイアウトは、問題が発生する前にそれを解決するのに役立ちます。高速システムが互いに近いようにレイアウトを設定することで、短いトレース長で設計を開始できます。特に、信号入力から受信機へのパスをできるだけ短く保つことが重要です。このラインはシステムに最も「ノイズ」を注入する可能性があります。さらに、高速コンポーネントを近接させておくと、放射されたEMIの他の回路への影響が少なくなります。最初のトレースを引く前にギャップを閉じましょう。

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これらの回路設計原則はほとんど常識かもしれませんが、それらを実装することは面倒な作業になることがあります。幸いなことに、あなたのPCB設計ソフトウェアが助けになります。高速システムを色分けして、コンポーネントとトレースを追跡しやすくすることを試みてください。良いトレースルーティング機能を備えたソフトウェアは、トレースを最短の可能なパスにルーティング、または再ルーティングすることを容易にします。Altium Designer^®には、コンポーネントを色分けする方法と、トレースを配置する方法を示すドキュメントがすでにあります。

その「少ない方が良い」バーベキューの失敗以来、ステーキに調味料を使う際はずっと慎重になりました。私の失敗から学び、長いトレースが口に悪い味を残す前に、高速PCBに「少ない方が良い」を適用してください。専門のツールとリソースで正しい方法でトレースを直接行いましょう。

高速PCB設計のルールについてさらに質問がありますか？Altiumの専門家に相談してください。