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PCBコスト見積もり 目標BOM価格とPCBコスト見積もりに合わせて設計する 1 min Thought Leadership 設計、部品、生産、組み立て、送料、さらにはファームウェアに至るまで、正確なPCBコスト見積もりを作成することは、新しいデザイナーにとって難しい課題です。確立された組織でさえも、設計中に発生する可能性のあるすべての問題を予測するのが難しいため、正確な見積もりを出すのに苦労することがあります。製造業者は、プロジェクトの生産と組み立て部分を処理するのに役立ちますが、新しい設計を生産に移すたびに、ボード用の部品を調達し、予算内に収まる必要があります。 過去には、部品の価格と在庫を得るために製造業者に電話をかけ回り、これらのデータを使用してPCBコスト見積もりを作成していました。PCB内の部品に関するBOM価格のような、より詳細な情報を事前に持っていることは、設計チームの時間を大幅に節約し、生産前の再設計のリスクを減らすことができます。過去に使用したベンダーからの古いBOM価格データに頼る代わりに、PCB設計ソフトウェアに組み込まれた材料表とコスト見積もり管理ツールの形で助けがあります。ここでは、これらの機能とクラウド接続設計アプリケーションを使用して、正確なBOM価格を確保し、予算内に収まる方法について説明します。 部品ベンダーから必要なデータ PCB設計チームは、PCBのコスト見積もりと正確なBOM価格を目指すために、完全なデータセットが必要です。これは設計と生産計画プロセスの一部に過ぎませんが、予算に大きな違いをもたらす可能性があり、フルターンキーサービスの必要性をなくすことができます。ここでは、部品ベンダーやメーカーから必要なデータの一部を紹介します： 価格：使用する部品の価格が予想通りであることを確認するために、最新の情報を入手してください。 在庫状況：設計に含まれる部品が在庫ありで注文可能であることを確認してください。 ライフサイクル情報：設計者は、コンポーネントが廃止されたか、EOL（製造終了）か、まだ生産中かを即座に識別できるべきです。 PCBフットプリント：更新されたCADデータとPCBフットプリントを持つコンポーネントは、設計時間を短縮できます。 価格割引：同じまたは類似のコンポーネントに対する量産割引は、プロジェクトを生産予算内に収めるのに役立ちます。 エンジニアリングは、設計が生産に移行する時点でイライラすることがあります。なぜなら、チームは突然、設計に必要な部品を入手できないことが判明し、重要なコンポーネントが入手不可能であることがわかったときに大規模な再設計を行わなければならなくなるからです。これらの頭痛の種を防ぐために、設計者は生産直前にコストと在庫を確認するのではなく、設計プロセスの早い段階で上記のデータをすべて入手する必要があります。 材料表管理ツールによって提供される承認済みベンダーへの クラウド接続を利用することで、再設計をめぐる多くのフラストレーションを解消できます。さらに、プロジェクトが生産予算内に収まるかどうかをすぐに確認でき、完成したボードの目標PCBコスト見積もりを立て、正確なBOM価格をまとめることが容易です。設計者がPCB設計ソフトウェア内で直接調達データにアクセスできる場合、これらの利点を実感できます。 目標BOM価格の設計方法 利益率が厳しいPCBを設計する経験があまりない場合、それは本当に目から鱗の体験になるかもしれません。プロトタイプの作成、限定生産、または特定の用途に特化したボードの設計に慣れているかもしれませんが、その際には部品の価格が主要な懸念事項ではなかったかもしれません。価格を主要な考慮事項として設計を始めると、各コンポーネントで1セント節約することが、重要なコスト削減につながることがわかります。 包括的な PCBコスト見積もりを開発する一環として、正確なBOM価格を取得することがあります。製造、組み立て、およびNREコストは、生産される各ユニットに按分する必要がありますが、これらのコストは製造業者に相談することで見積もることができます。これにより、BOM価格と単位あたりの部品予算の上限が設定されます。 ターゲットBOM価格を設計し、PCBコスト見積もりを作成するために従うことができるいくつかのヒントは次のとおりです： 重要なICやプロセッサーを最初に選択すること、これらはシステムの残りの部分がどのように動作するかを決定します。これらが入手不可能な場合、製造前に再設計が必要になる可能性があります。 トランジスタのような一部のコンポーネントには多くの同等品があるため、これらの部品が 在庫切れ、廃止、またはEOLの場合は代替品を探します。 記事を読む
PCB設計におけるGPSアンテナ：もう迷わない PCB設計におけるGPSアンテナ：もう迷うことはありません 1 min Thought Leadership 子供の頃、祖父と一緒に狩猟旅行に行くとき、私たちは森の中で迷わないようにかなり大きなGPSナビゲーターを持って行きました。それは上部に巨大なアンテナが突き出ており、そのバッテリーは数時間以上持つことはありませんでした。20年を経て、PCB設計にGPS機能を含めることがこれまで以上に簡単になりました。 多くの新しい消費者向けデバイスには、GPS PCBアンテナモジュールが設計に含まれています。GPSやRF設計の経験がない場合でも、製品にGPS機能を成功裏に統合するためのいくつかの設計ルールがあります。プロセスの最初のステップはGPSモジュールを選択することですが、モジュールを選択して設計フェーズを開始する前に考慮すべきいくつかの要因があります。GPSパッチアンテナがあなたに適していますか？GNSSアンテナやセラミックパッチアンテナはどうでしょうか？ アクティブ対パッシブGPSアンテナ GPS PCBアンテナには、アクティブとパッシブの2種類があります。アクティブアンテナには、モジュールに低ノイズアンプ（LNA）が組み込まれていますが、パッシブアンテナにはアンプが含まれていません。アクティブアンテナは独自のボードに乗り、同軸ケーブルでプリント基板に接続します。 一部の受信機には、どちらかのタイプのアンテナがあらかじめ同梱されています。また、出力を50オームのインピーダンス放射パターンに合わせる受動マッチングネットワークを含むこともあります。アクティブアンテナは、LNAが出力信号のノイズレベルを維持することで、より高い感度を実現するというパフォーマンスの利点があります。 統合GPS受信機 PCB上の受動アンテナもLNAを使用すべきですが、受信機からLNAへの信号が移動する際に劣化することがあります。LNAは出力信号のノイズを減らすように設計されていますが、追加のノイズは全体の感度を低下させます。外部LNAが必要な受信機を使用する場合、LNAへの信号トレースは、可能な限り外部EMIや クロストークから遮蔽または隔離されるべきです。 PCB設計におけるGPSアンテナ PCBにGPSアンテナを使用すると、 混合信号の領域に入ります。EMIやクロストークによってアンテナ入力で導入されたノイズは、信号品質を劣化させ、アンテナ信号を完全にブロックする可能性さえあります。アンテナ信号は、他のコンポーネントから適切に隔離されていない場合、グラウンドプレーンノイズの影響も受けやすいです。 他のコンポーネントが適切に隔離またはシールドされていない場合、GPSアンテナとレシーバーはこれら他のコンポーネントの信号を劣化させる可能性があります。場合によっては、最悪のノイズの原因はレシーバー自体、特にレシーバーが内蔵アンテナを持っている場合です。レシーバーと他のコンポーネント間のクロストークは、適切な シールドを含める必要性を強調します。 LNAからGPS信号を抽出するためにはフィルタリングが必要です。これは現在、LNAとレシーバー入力の間に表面弾性波（SAW）フィルターを配置することによって行われています。SAWフィルターは、GPSアプリケーションで見られるような1GHz以上の高周波数をフィルタリングすることを可能にします。SAWフィルターを使用せずに、他のノイズからGPS周波数を抽出することは不可能です。 シールド、グラウンディング、およびルーティング GPSアンテナ/レシーバーから出力される信号は、既にノイズフロアよりも最大20dB低くなっています。他のアプリケーションでは許容されるかもしれない微細なノイズ信号が、あなたのGPSレシーバーからの信号を簡単にブロックする可能性があり、あなたのGPS対応デバイスが適切に機能するためには、適切なルーティング、シールド、およびグラウンディングが必要です。 通常、メインのPCBを機能ブロックに分割する場合、各ブロックに独自のグラウンドプレーンを設けるべきです。それから、グラウンドループを防ぐために、グラウンドプレーンを スタートポロジーでメインのグラウンドリードに戻すようにルーティングします。GPSレシーバーを囲むグラウンドプレーンの大きなサイズ要件は、特にモバイルデバイス上でこれを難しくすることがあります。 記事を読む
デュアルバンドPCBアンテナ設計：EMIを適切に管理する デュアルバンドPCBアンテナ設計：EMIを適切に管理する 1 min Thought Leadership 1980年代以前に生まれた方なら、あの古いレンガのような携帯電話とその巨大なアンテナを覚えているかもしれません。現在に早送りすると、ほとんどの人は自分のスマートフォンにアンテナがあることさえ気づいていません。提案されたアンテナデザインは80年代から大きく進化し、新しいアンテナは複数の周波数帯で送受信できます。 モバイルおよびIoT業界が進化を続けるにつれて、電子デバイスはデータを送受信するために無線通信プロトコルを使用し続けます。これらのデバイスは、その仕事を行うために複数の周波数帯で通信する必要があり、新しいアンテナデザインはPCBに引き続き登場します。デュアルバンドアンテナは、単一のモジュールに2つのアンテナを詰め込み、PCBレイアウトで貴重なスペースを節約するのに役立ちます。 PCB内のデュアルバンドアンテナ デュアルバンドアンテナは、2つの異なる周波数帯で送受信できるアンテナです。これらのアンテナは、個々のアンテナの能力に応じて、これらの異なる周波数で個別にまたは同時に動作することができます。標準の全方向性アンテナデザイン、例えばモノポール、ダイポール、またはスロットアンテナは、デュアルバンド放射を示すように変更することができます。 ダイポールアンテナモジュールを搭載したPCB PCB上で利用可能なデュアルバンドアンテナは、2.4 GHzと5.8 GHzで動作できます。このタイプのアンテナは、デバイスが異なるIEEE標準に従って動作させ、WiFiを超えた通信能力の範囲を拡大することを可能にします。一部の携帯電話は、WiFiとは別のデュアルバンド通信を使用しています。 既製のアンテナモジュールを選択するのではなく、デュアルバンドアンテナをデバイスに簡単に統合できます。統合アンテナはPCB上に直接印刷でき、外部アンテナモジュールと比較して製造および組み立てコストが低くなります。外部デュアルバンドアンテナモジュールはそれ自体のPCB上に印刷されているため、独自の統合アンテナを設計して印刷することで、より小さな フォームファクターを維持できます。 印刷アンテナの設計が得意でない場合、小さなフォームファクターを維持するもう一つのオプションは、レイアウトに セラミックチップデュアルバンドアンテナを使用することです。これらのチップは低コストで、多くの周波数オプションが利用可能です。また、50オームでインピーダンスマッチされており、業界標準を満たし、高い線形利得を持っています。 印刷デュアルバンドアンテナ PCB上に直接デュアルバンドアンテナを印刷することは挑戦的であり、考慮すべき設計の側面がいくつかあります。 高速設計ガイドラインに従う必要がある高データ転送率を持つデバイスがあります。 もしデバイスが広い温度範囲で動作する場合、体積の膨張/収縮がアンテナの共振周波数を変える原因となります。これは意図したキャリア周波数での送受信される電力を変えます。 小さい熱膨張係数を持つ金属を使用すれば、体積変化を最小限に抑えることができます。金属とトレースの熱膨張係数をボード材料のそれと一致させることが重要です。大きな不一致は極端な温度での剥離や破断につながる可能性があります。 ジオメトリを決定し、設計を計画したら、インピーダンスを合わせる必要があります。市販のアンテナのほとんどは既に2.4 GHzで50オームのインピーダンスにマッチしていますが、カスタムアンテナでも同じことをする必要があります。アンテナとそのドライバー/レシーバー間のインピーダンスの不一致は、2つのインダクタと2つのキャパシタを使用して補償することができます。 アンテナのインピーダンスマッチングには、スミスチャートの基本的な理解が必要です。簡単に言うと、スミスチャートはアンテナと負荷の間の正確なインピーダンスの不一致を視覚化するのに役立ちます。インダクタとキャパシタの配置は、アンテナと負荷インピーダンスの正確な不一致に依存します。 記事を読む
2層のPCBのGNDプレーン 2層のPCBのGNDプレーン 1 min Thought Leadership 私が若くてハングリーな大学院生だった頃、最初に設計したPCBは、いくつかのセンサーからアナログ信号を収集するためのものでした。測定結果の電圧グラフを見ると、ノイズレベルがひどく、測定しようとしていた信号が完全にマスクされていました。私がすぐに気付いたのは、GNDプレーン接続で完全に失敗し、GNDループによって信号が歪められているということでした。 GNDプレーンの配置とGND接続の配線は、2つ以上のレイヤを持つPCBの設計において最も重要な手順の1つです。これらを正しく行うことで、EMI、クロストーク、GNDループを抑制できます。これらのノイズ源は信号の整合性を劣化させますが、GNDプレーンを正しい手法で設計すると、デバイスの最大性能を保証できます。 それでは、GNDプレーンはどこに配置するべきでしょうか? PCB設計を始めたばかりの人は、GNDプレーン、EMI、配線などの用語をよく耳にすると思います。最初に設計するPCBは、おそらく2層の基板でしょう。これらの用語は確かに簡単に定義できますが、これらを全て組み合わせ、高品質のPCBを設計するにはどうすればいいのでしょうか? 2層のPCBでは、GNDプレーンは一般に基板の最下位レイヤで、信号のトレースと部品は最上位レイヤに配置されます。リターントレースを基板に配置し、各トレンドを電源のGNDリードに送る代わりに、信号をGNDプレーンに配線するほうが便利です。 これには、いくつかの理由があります。まず、リターン信号がGNDプレーンを通過する場合、リターン信号は対応する信号トレースと可能な限り近くを通るようにします。これにより、電気的信号を含む回路のループ領域が最小化されます。信号トレースとリターンとの間の距離が小さければ、回路ループはEMIやクロストークの影響を受けにくくなります。 正しい配線手法によりEMIを防止する 最大の性能を実現するGNDプレーンの設計 PCBレイアウトのGNDプレーンを配置するときは、トレースと電子部品の場所に注意する必要があります。一部の設計者は、最下位レイヤの全体にGNDプレーンを配置してから、電子部品を含む部分だけ削除する方法を使う傾向があります。この方法では、GNDプレーンで電子部品の周囲に伝導性のリングが形成され、問題を引き起こすことがあります。 この場合に引き起こされる問題は、GNDプレーンが部品の周囲にリングを形成すると、GNDプレーン自体が EMI干渉を受けやすくなることです。GNDプレーンに閉じた伝導性のリングが存在すると、コイルの働きをし、外部の磁場によってGNDプレーン内に電流が発生します。この電流はGNDループと呼ばれ、PCBの他の部分に過剰なノイズを引き起こすことがあります。 これは、レイアウト段階で留意しておくべき重要な問題です。部品の配置とトレースの配線には独創性が必要です。部品間のトレースが可能な限り短くなるよう、部品の配置を考えてください。トレースの配置を計画してから、それらのトレースの完全に下になるようGNDプレーンを配置します。 トレースの下にGNDプレーンを配置するとき、一部のトレースをカバーするために、GNDプレーンにどうしてもリングが形成されることがあります。このような場合、正しいレイアウトが得られるまで、基板上でトレースと部品を移動する必要があります。これには多少の時間が必要ですが、労力に十分に見合う効果が得られます。 正しい配線手法によりEMIを防止する 最後の手順では、スルーホールビアを使用してトレースをGNDプレーンに戻す必要があります。最上位レイヤからGNDプレーンへ多くのクイック接続を直接作成したくなるかもしれません。しかし、GNDプレーンへの複数の接続を作成すると、各ビアに電圧の差分が発生し、GNDループが形成されます。全てのトレースを単一のビアでGNDプレーンに接続するほうが適切な方法です。 2のPCBで複数のGNDプレーンを使用する 前に述べたトレース配線とGNDリングの問題があるため、PCBレイアウトで複数のGNDプレーンを使用するほうがよい結果になることもあります。これにより、配線と部品の配置が簡単になります。これは、ほとんどの 多層PCB設計で一般的な方法です。 複数のGNDプレーンを使用する場合、互いにデイジーチェーン接続しないよう注意します。GNDプレーンがデイジーチェーン接続し、リターン場所を各プレーンに接続すると、単一のGNDプレーンの異なる場所にトレースの複数のリターンを配置するのと同じことになります。 スター型トポロジーを使用し、各GNDプレーンを別々に電源に接続するほうが適切な方法です。これにより、GNDプレーンは互いに絶縁され、GNDループが回避されます。 記事を読む
PCB設計とCADソフトウェア：あなたの設計を支配するものを知る PCB設計とCADソフトウェア：あなたの設計を支配するものを知る 1 min Thought Leadership 時々、「法の支配」というフレーズが、国がどのように統治されるかについての会話の一部になります。13世紀のマグナ・カルタにまで遡るこの「法の支配」は、平和で公正な社会の発展と、基本的人権の必要性について語っています。「法の支配」の下で生活する個人は、 法の下の平等 法の透明性 独立した司法と 法的救済へのアクセスを享受します。 統治のためのルールがなければ、一貫性の欠如によって混乱が生じるのを目の当たりにするでしょう。PCB設計においても同じことが言えます。電気的および設計ルールの確かな基盤がなければ、異なる周波数で動作するデジタル信号とアナログ信号の狂乱がノイズになってしまいます。スマート食器洗い機が10軒中9軒の家庭で放つ信号がスパイ衛星によって検出されるような、騒がしい回路で満たされた世界はあまり快適とは言えません。 PCBを設計するためにCADソフトウェアを使用するとき、電気的ルールがボードレイアウトプロセスを支配します。たとえば、コンポーネントを配置した後、トレースが回路図と一致するように、また、設計が信号完全性、RF、およびEMC設計ルールを遵守するように、電源、グラウンド、および信号トレースをルーティングする必要があります。 空気中には電気があります 一部のルールはどこでも明らかですが、コンピュータの周りに立っている間にPCB設計に速度制限を適用するのはそう簡単ではないかもしれません。PCBにおける一般的な電気的ルールには、 クリアランス ショートサーキット 未配線ネット 未接続ピン 未塗布ポリゴン クリアランス：PCBトレース間の正しい距離がないと、フラッシュオーバーが発生する可能性があります。クリアランスは、銅層上の任意の2つのオブジェクト間で許可される最小のクリアランスを定義します。アメリカ合衆国では、UL 60950-1標準が、バッテリー駆動およびAC駆動の情報技術機器のための許可される最小のPCB間隔を提供しています。標準文書内の表は、作業電圧、汚染度、PCB材料グループ、およびコーティングの観点から、トレースのクリアランス距離を指定しています。 ショートサーキット：PCB設計のコンポーネント密度を増やすことは、ショートサーキットの環境を構築します。多くの場合、設計では密度の問題に対処するために、より小さいコンポーネントパッドを使用します。しかし、小さいパッド間の狭い距離は、 はんだブリッジが形成される可能性があります。小さいパッドの使用は、トレースルーティングにも問題を引き起こし、それが結果として接続を混雑させ、はんだ接合に影響を与えます。これらの条件のいずれかが、ショートサーキットの環境を作り出す可能性があります。 電圧と電流が従うべき多くの法則があります。 未配線ネット：ボードのアウトラインを作成した後、PCB設計プロセスは部品の配置と設計デバイスのフットプリントの設定に移ります。配置された各部品のピンは、設計を完了と呼ぶ前に接続する必要があります。 記事を読む
レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ TRANSLATE:

レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ 1 min Thought Leadership グランドキャニオンを訪れたときに最初に気づくことの一つは、その信じられないほどの景色です。異なる色の岩や鉱物の層を通して、誰もが見ることができる歴史が刻まれたキャニオンの壁は本当に感動的です。何年もかけても、その層状の岩面に住んでいる、または住んでいたすべてのつながり、材料、生き物を発見することはほとんど不可能でしょう。 私が情熱を持っていることに物事を結びつけるのをやめるのが難しいので、グランドキャニオンは、外層にあるガラス繊維、はんだマスク、その他の仕上げコーティングを持つプリント基板を思い出させました。電子PCBは複雑であり、必要な複雑さを満たすために十分な層を使用する必要があります。そのサイズにもかかわらず、PCBはグランドキャニオンの岩の層と同じくらいの深さと相互接続性を持っているように見えます。 プリント基板の層の決定 PCBでは、ルーティング、トレース、ビアの間に内部層がありますが、銅面と銅面の間には、ファイバーグラスや類似の材料などの保護層もあり、これらはコアとプレプレグと呼ばれる層を形成します。コアは最も厳密な制御の下で製造され、電気信号の誘電率を指定してデカップリングし、設計からノイズを排除するために使用されます。プレプレグは制御が少なく、代わりに必要に応じてPCBの厚さを変えるために使用されます。 プリント基板の層は、設計を実現するために必要な銅の量に基づいて進化します。エンジニアは、コンポーネントとトレースの密度と量を研究して、必要な層の数を決定します。 次のステップでは、重要な信号を特定し、その性能を最適化するために配置する必要がある場所を決定します。これにより、コアの厚さ、トレースの配置と厚さ、およびの理想的な位置が確立されます。製造のための材料は、設計プロセスのこの段階で念頭に置かれる必要があり、設計が製造可能であり、コストを最小限に抑えることを確認する必要があります。 層を使用してスタックを構築し、全体的な構造を定義する レイヤーを使用して スタックを構築し、その後にトレースを配置できます。各レイヤーは、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義できます。プレプレグ材料は、その電気的および製造特性の両方に基づいて選択されるほか、設計のための信頼性および安全性部門の要件を満たすためにも選択されます。 この時点でビアの位置と配置が行われ、ビアの電流容量要件に応じためっきが施されます。設計にブラインドビアが必要な場合、これらはPCB内の適切な位置に含まれます。 レイヤーを計画し、積み重ねる方法を知ることで、より良いPCBが得られます。 スタック内でのPCBの構築を続ける 回路図からレイアウトへのコンポーネントを取り出し、設計を最適化する位置に仮想プリント基板上にコンポーネントを配置できます。これに続いて、設計内のコンポーネント間やコネクタ、テストポイントへのトレースを追加します。 部品が多ければ多いほど、トレースも増えます。トレースが増えるということは、銅と層が増えるということです。同じ方向に進むトレースは、衝突を避けるために異なる層に配置されることがあります。私は、互いに知り合っていても、通信しているか、隔離されているかにかかわらず、近くにあるが別々の岩の層内の異なるアリのコロニーを想像するのが好きです。 コロニーは、互いに訪問するために平面間にトンネルを掘って合流することがあります。プリント基板では、 ビアを使って同じプロセスが行われます。銅のトレースが他のトレースからの干渉なしにプリント基板を横切る必要がある場合、トレースが基板の別の平面を横切って続行できるように、ビアが基板に設計されます。 設計ソフトウェアの賢いツールを使用すると、設計プロセスが容易になります。 設計のすべてのステップをガイドする ボードレイアウト機能を探している場合は、ツール内の要件を定義するための設計ルールシステムを備えた ビジュアルレイヤースタックマネージャーを試してみてください。各層は、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義されることがあります。プレプレグは、その電気的および製造特性のためだけでなく、設計の信頼性と安全性部門の要件を満たすためにも選択されることがあります。 記事を読む
PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます 1 min Thought Leadership 人類の歴史の大部分において、私たちは生活を計画するために天文学的な時間計測に頼ってきました。現在では、日常生活を管理するのに役立つ洗練された時計を持っています。現代の生活がますます慌ただしくなるにつれて、私たちは秒の一部を追跡する必要があります。電子pcbレイアウト用のクリスタル発振器ガイドラインは、これを可能にする秘密の要素です。 シュミットトリガ発振器や555タイマーからの出力クロック信号は、RCタイムコンスタントを使用して制御されます。これらの回路を使用する際の問題点は、抵抗器とデカップリングキャパシタの値が時間とともに一定ではないことです。抵抗と容量は、回路基板の温度によって変化することがあります。コンポーネントは経年劣化もします。これらの要因により、時計の周波数は時間とともにドリフトします。 周波数の安定性と精度が重要な場合、クリスタル発振器がより良い選択です。特定の形状に切断された石英クリスタルは、特定の共振周波数で振動することができ、この周波数は温度変化に対して非常に安定しています。クリスタル発振器は、適切に配置して接続されている場合、kHzからMHzまでの安定した周波数を出力することができます。 デジタルシステムがクロックを使用する場合、設計上の課題が生じます。これは、寄生容量や信号反射のような問題が信号の整合性を低下させる可能性があるPCBでは特に真実です。これらの設計上の問題は、高周波数でより顕著になります。幸いなことに、設計における信号の整合性を維持するためのいくつかの設計戦略があります。 伝播遅延とクロックスキューの最小化 特にTTLやCMOSロジックデバイスのようなロジック回路の切り替えは、クロック出力から下流に伝播遅延が蓄積される原因となります。これはナノ秒のオーダーであることが多いですが、高周波回路ではクロックパルスの幅と比較して顕著になります。 クロックスキューは使用されるクロックに関係なく発生する可能性があります。トレースの長さの変動が原因で、さまざまな電気部品にクロック信号がルーティングされる際に時間遅延が蓄積します。クロックスキューが伝播遅延と組み合わさると、並列トレース内のクロックパルス間の不一致が顕著になることがあります。 クロックスキューと伝播遅延は、 信号トレースの長さを調整することで補償できます。連続するコンポーネント間の差動トレースの長さは、クロックスキューを最小限に抑えるために等しくするべきです。特定の並列トレースには異なる数のコンポーネントが含まれている場合があり、各コンポーネントの伝播遅延は、プリント回路基板上にトレースを配置する際に考慮されるべきです。 クロックスキューを避けるために並列トレースを一致させる グラウンドプレーンの配置 一部のPCB設計者は、電源と信号トレースをグラウンドプレーンの直上に走らせがちです。これは推奨されません。グラウンドプレーンの配置が不適切な場合、クロック回路がアンテナとして機能する原因となります。回路は 外部EMIに対して脆弱になるだけでなく、他の近くの回路にEMIを引き起こす可能性があるRF放射を生成します。 特定のクロック周波数において、グラウンドプレーンの厚さは波長の半分に過ぎません。クリスタル発振器は本質的に広帯域の電流源であるため、クロック信号とそのリターン電流は、高周波成分の帯域を含んでいます。これらの電流をグラウンドプレーン上で流すことを許すと、中央給電パッチアンテナを作成したことになります。 クロック信号帯域がグラウンドプレーンの共振周波数のいずれかと重なる場合、グラウンドプレーン内で強い電流が生成される可能性があります。しかし、電源とグラウンドプレーンを分離すると、高周波電流ループによる放射が減少します。これにより、外部EMIへの感受性も低減されます。 EMIを減らすためにグラウンドプレーンと電源プレーンを分離する 適切なキャパシタを使用する クリスタルオシレータからの信号整合性は、2つのキャパシタを使用することで維持できます。1つは高電圧ピンとグラウンドプレーンの間に、もう1つはグラウンドピンとグラウンドプレーンの間に接続する必要があります。選択した特定のクリスタルに合わせてキャパシタを選択する必要があります。必要な容量は、同じメーカー内でも異なるオシレータモデルによって異なります。 クリスタルオシレータには負荷容量仕様（通常は20から50 pF）が含まれており、これを使用してクリスタルに使用するキャパシタを決定できます。各キャパシタは、負荷容量値の2倍から、任意の漂遊容量を引いた値である必要があります。漂遊容量値は数pFになることが多いです。 記事を読む