PCB設計 | PCB設計ソリューション

高速PCB設計：信号整合性、EMI軽減、および熱管理の確保高速信号の整合性は、現代のPCB（プリント回路基板）設計において重要であり、性能、信頼性、およびコンプライアンスに影響を与えます。高速PCBを設計するには、クロストーク、電磁干渉（EMI）、および熱管理などの信号整合性の問題を管理する必要があります。この記事では、クロストーク、グラウンドプレーン戦略、電磁干渉（EMI）、および熱管理を含む高速信号整合性のいくつかの重要な側面を探り、実用的な洞察と例を提供します。これらの概念をさらに深く掘り下げ、拡張された戦略と詳細な例を提供しましょう。電磁結合とクロストーク電磁結合：隣接するトレースの信号は、互いに電磁場を誘導することができ、干渉を引き起こします。この現象は電磁結合として知られており、高い周波数でより顕著になります。例えば、密接に配置された高速データラインを持つPCBを考えてみましょう。あるトレースが高周波のクロック信号を運び、隣接するトレースが敏感なデータ信号を運ぶ場合、クロック信号によって生成された電磁場はデータ信号にノイズを誘導し、データエラーを引き起こす可能性があります。トレースの近接性：信号トレースが互いに近いほど、クロストークの可能性が高くなります。この干渉を減らすためには、トレース間に適切な間隔を保つことが重要です。例えば、高速イーサネットPCBでは、ペア内の信号整合性を確保するために差動ペアが密接に配線されます。しかし、異なるペア間ではクロストークを防ぐために十分な間隔が保たれます。高周波信号：高い周波数は、より強力な電磁場を生成し、クロストークを悪化させる可能性があります。信号周波数が増加するにつれて、適切なレイアウトと間隔を確保することがますます重要になります。例として、RF回路設計では信号がギガヘルツ周波数に達することがあります。RF信号トレースを他のデジタルまたはアナログトレースから分離して干渉を防ぐために特別な注意が必要です。不十分なグラウンディング：不適切なグラウンディングはクロストークへの感受性を高めます。固定された連続的なグラウンドプレーンは、リターン電流のための低インピーダンスパスを提供し、信号干渉のリスクを減少させます。例えば、多層PCBでは、信号層の直下にグラウンドプレーンが配置されます。これにより、リターン電流が明確なパスを持ち、クロストークの可能性を最小限に抑えることができます。高速デジタル通信分析において使用されるアイダイアグラムは、開いたアイパターンを通じて信号整合性を示し、色のグラデーションが信号密度と性能を示しています。 EMI軽減技術適切なPCBレイアウト：トレースのルーティングを最適化し、ループ領域を最小限に抑え、グラウンドプレーンを効果的に使用することで、EMIを大幅に削減できます。例えば、高速デジタル設計では、重要な信号トレースをグラウンドプレーンの間に挟まれた内部層にルーティングします。これによりループ領域が最小限に抑えられ、EMIに対する効果的な遮蔽が提供されます。フィルタリング：フェライトビーズやキャパシタなどのフィルタを実装することで、高周波ノイズを抑制し、EMIを減少させることができます。例えば、フェライトビーズは電源ラインに配置され、高周波ノイズをフィルタリングし、それが敏感なアナログ回路に伝播するのを防ぎます。コンポーネントの配置：騒音の多いコンポーネントを敏感なエリアから離して配置し、適切な遮蔽を確保することで、EMIを軽減することができます。例えば、混合信号PCBでは、アナログコンポーネントを一方の側に配置し、デジタルコンポーネントを反対側に配置し、その間にグラウンドプレーンを配置して隔離を提供します。金属シールド：騒音の多いコンポーネントを金属シールドで囲むことで、EMI放射を防ぎ、近くの敏感な回路を保護できます。例えば、PCB上のRFモジュールは、電磁放射を含むためにしばしば金属シールドで覆われ、隣接する回路との干渉を防ぎます。グラウンディングとボンディング：適切なグラウンディングとボンディングを確保することで、リターン電流の明確な経路を提供し、グラウンドループの可能性を減少させることにより、EMIを最小限に抑えます。例えば、グラウンディングストラップやビアを使用して異なるグラウンドプレーンを接続し、PCB全体にわたってリターン電流の低インピーダンス経路を確保します。フィルタ設計：容量性および誘導性フィルタを使用することで、望ましくない周波数を効果的にブロックし、EMIを減少させ、信号の整合性を向上させます。例として、入力ラインに使用されるローパスフィルタは、高周波ノイズをフィルタリングし、敏感なコンポーネントに到達する信号の周波数のみを確保します。

Altium Designer Projects Pi.MX8 プロジェクト - ボードレイアウトパート4 Pi.MX8コンピュートモジュールSoMプロジェクトの新しいインストールメントへようこそ！このアップデートでは、PCB設計に最後の仕上げを行い、プロトタイプの生産準備を整えます。前回の記事では、信号層のルーティングを完了しました。これはPi.MX8モジュールのPCBレイアウトで最も時間がかかる部分でした。しかし、同じくらい注意を要する2つのタスクがまだ残っています。電源プレーンのルーティングと信号遅延の調整です。電源プレーンまず、電源プレーンから始めましょう。私は通常、遅延調整を最後のステップとして行うのが好きです。なぜなら、長さ調整のために必要なメアンダーがボード上の残りのスペースをしばしば埋め尽くすからです。例えば、電源ネットをルーティングする際に追加のVIAを配置する必要がある場合（時には必要になることがあります）、必要なスペースを作るために長さ調整プリミティブを調整する必要が出てくるかもしれません。最後に長さ調整プリミティブで残りのスペースを埋めることで、追加の作業を避けることができます。利用可能な電源プレーン層レイヤースタックを見ると、2つの専用の電源プレーン層が利用可能であることがわかります。これらの層は、薄いプリプレグによって隣接するグラウンド層から分離されています。このスタッキングは低インダクタンスプレーンの容量を増加させ、高周波でのPDNインピーダンスを減少させるのに役立ちます。まず、高電流の電源レールを配線しましょう。この場合、これらはi.MX8 SoCとDRAMコントローラーのコアおよびメモリレール、そしてLPDDR4 ICです。 SoCのPMICコアおよびメモリ供給 VCC_ARMおよびVCC_SOCレールはリモートセンシングを使用しており、これはバックコンバーターのフィードバックノードがMIC近くの出力コンデンサにルーティングされるのではなく、i.MX8の電源パッドにルーティングされることを意味します。これは、電源プレーンまたはポリゴンを通る電圧降下を補償するためです。これらのレールの電流が比較的高く、PMICがこれらの電圧を正確に調整する必要があるため、負荷で直接「電圧を測定」することが重要です。次の図は、電源ポリゴンを通る電圧降下を示しています：電源ポリゴンを通る電圧降下 VCC_ARMレールのパワーポリゴンは、レイヤー6にルーティングされています。ポリゴンのアウトラインに近くルーティングされたトレースは、リモートセンシング信号です。理想的には、リターンパス電流によって導入される寄生効果を補償し、フィードバックをノイズに対してより耐性を持たせるために、差動電圧を測定したいところですが、私たちの場合、これは必要ありません。参照設計の推奨に従います。 VCC_SOCポリゴンフィードバックトレースは、SoCのピンの近くで「ネットタイ」を使用して、フィードバックネットをパワーネットに接続します。ネットタイを使用しない場合、フィードバックトレースとパワーポリゴンの間のクリーンな分離を手動で確保する必要があります。このアプローチはエラーが発生しやすいです。ネットタイは、両端に小さなパッドを持つ短いトレースセグメントからなるフットプリントです。コンポーネントタイプをネットタイに設定することで、Altium Designerはこのコンポーネントに対してショートサーキットエラーを生成しません。 VCC_ARMポリゴンとDRAMパワーレールは、レイヤー5で同様の方法でルーティングされています。 VCC_ARMが強調表示され、DRAMパワーレールが紫色で表示されています残りの電源レールは、レイヤー5と6に分配されています。1.8Vおよび3.3Vのシステム電源ポリゴンは、これらのレールに接続されている多くのコンポーネントがボード全体に分散しているため、ボード全体にわたって広がっています。

Altium Designerがデザイナーを支え、複雑なPCBプロジェクトをマスターする方法プリント基板（PCB）の複雑さが増す中で、迅速な技術進化に対応しつつ、設計プロセスを効率的に管理できるツールへのアクセスが必要です。Altium Designerは、現代のPCB設計の課題を克服するために特別に調整された強力な機能セットを提供し、以下の属性に示されるように、この分野のさまざまな要求の厳しいプロジェクトにとって欠かせない資産となります。制約管理複雑で高性能な電子デバイスを作成するには、設計制約の管理が重要です。Altium Designerの高度な制約管理システムは、現代のPCBプロジェクトに存在する複雑な課題を理解していることを示しています。これにより、設計ルールと制約の複雑な網を専門的に管理するために必要なツールと柔軟性が提供され、革新が正確なコンプライアンスと出会う環境が育まれます。適応型制約管理 Altium Designerの制約管理システムは、プロジェクトの変化するニーズに合わせてリアルタイムで調整できる動的な性質によって区別されます。この柔軟性は、初期計画が進化する可能性がある複雑なプロジェクトで非常に貴重です。設計仮定への調整が必要になります。システムが設定された制約からの逸脱を迅速に特定し、修正することで、潜在的な問題が早期に対処され、高価な修正やデバイスの性能を損なうことが最小限に抑えられます。階層的および条件付きルール階層的および条件付きルールをサポートすることで、Altium Designerは制約管理のプロセスをさらに洗練させます。制約に優先順位を設定できるため、重要な基準が満たされることを保証しつつ、より寛容な要件のある領域での調整が可能になります。条件付きルールは、定義された条件下で特定の制約を適用する能力を提供し、各プロジェクトのユニークな課題に合わせた設計プロセスにダイナミズムと適応性の層を追加します。リアルタイム違反検出 Altium Designerの制約管理の目立つ特徴は、その即時違反アラートシステムです。PCBをレイアウトする際、ソフトウェアは設計を確立されたルールと制約と比較し、リアルタイムで不一致をフラグします。この積極的な姿勢は、設計プロセスを合理化するだけでなく、高価なエラーやその後の再作業のリスクを大幅に低下させます。包括的な設計機能 Altium Designerは、高密度インターコネクト（HDI）や迅速な電子レイアウトから、包括的なマルチボードアセンブリ、複雑な配線ハーネス、および多様なリジッドフレックスPCB構造まで、幅広いPCB設計要件に対応するように設計されています。その適応性は、統一されたプラットフォーム上でさまざまなプロジェクトタイプをナビゲートする力を提供し、設計ワークフローを強化し、異なるソフトウェアアプリケーションへの依存を減らします。特に今日の電子機器の領域では、よりコンパクトでありながらますます強力なデバイスを求めるクエストによって駆動され、最先端のPCB技術が必要とされるため、HDIデザインを管理する機能は特に重要です。高速電子設計の効果的な方法高速デジタル技術が広く普及するにつれて、信号の整合性を維持することがより重要になってきます。Altium Designerは、洗練されたルーティング機能とシミュレーション機能を備えており、このような課題を克服するのに役立ちます。差動ペアの精密な管理、インピーダンス制御、特定の長さと遅延要件に合わせた高速信号のルーティングツールを含み、高速設計における信号のクロストークや反射といった一般的な問題から保護します。

なぜAltium Designerが直感的かつ知的にPCBを設計するのに役立つのかプリント基板（PCB）の複雑さが増すにつれて、最先端ツールへの需要はより重要になっています。Altium Designerは直感的なデザインとインテリジェントな機能性を融合させ、以下のような主要機能に焦点を当てた先導的なソリューションを提供します：統合されたデザイン環境とデータモデル；包括的な統合解析ツール； 3D成形インターコネクトデバイス（MID）デザインの機能。統合されたデザイン環境とデータモデル Altium Designerの統合されたデザイン環境とデータモデルは、従来の分断された方法から離れ、PCBデザイン技術において大きな前進を示しています。統合されたエレクトロニクスデザインアプローチを採用することで、概念化から生産に至るまでの全プロセスが合理化され、より効率的なPCBデザインとエレクトロニクス製造に向けて大きく転換し、エラーの余地が少なくなります。 PCBデザインの断片化を解消する従来、PCBデザインは各デザイン段階でさまざまなスタンドアロンソフトウェアツールを使用することを含み、重大な課題が生じる余地があります。各ツールが独自のデータモデルで動作する場合、スキーマティックデザインからPCBレイアウト、ルーティングに至るまで、頻繁にデータ転送が必要になります。断片化されたアプローチはデザインサイクルを延長し、エラーのリスクを高め、データ変換中に重要なデザインの詳細が失われる可能性を含む不整合やエラーが発生します。その結果、設計者は繰り返しの修正サイクル（例：エンジニアリング変更命令）に直面し、コストの増加、プロジェクトの遅延、市場投入時間の延長につながります。オールインワンデザインシステムの力 Altium Designerは、PCBデザインの全要素を包含する一体的なプラットフォームを提供することで、エレクトロニクスエンジニアリングの障壁に直面します。プロセスのすべての部分—つまり、初期のスキーマティック、レイアウト、ルーティング、3Dコンポーネントモデリング、およびマルチボードアセンブリ管理—は同じシステムの下で統一されています。これにより、異なるツール間でデータをインポートおよびエクスポートする必要がなくなり、すべての操作が単一の一貫したエコシステム内で行われます。統合により、プロジェクトの任意の段階で行われた変更は、エラーや不一致の可能性を最小限に抑えるために、すべての段階に即座に伝播されます。エラーのないデザインのための最適なアプローチ統合されたエンジニアリングアプローチは、初期の回路図からPCBレイアウト、ルーティング、ボード分析、マルチボード接続、MCAD統合、そして製造まで、一つのワークスペース内でシームレスに進行できることにより、生産性を向上させます。これにより、設計のタイムラインが加速され、異なるソフトウェアインターフェース間での切り替えの必要性がなくなります。統合されたデータモデルは、設計プロセス全体を通じて一貫性と正確性を確保するための鍵です。設計データを収容するための単一の情報源を確立することで、特に電子部品と機械部品の正確な統合を必要とする複雑な設計において、不一致のリスクを減らすことができます。統合アプローチは、部品の形状、適合性、および機能において完璧な整合性を保証し、信頼できる最新のデータで設計者に自信を与えます。統合解析機能 Altium Designerの統合解析機能は、設計ワークフローに直接高度な分析ツールを組み込むことで、PCB設計における進歩的なステップを示しています。この統合は、最適な性能、信頼性、および業界標準への遵守を達成することが不可欠な現代のPCBの複雑な課題に対処します。

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