PCBボードの性能は,そのレイアウト設計によって70%左右左右されます.同じスキーマは,異なるレイアウトとルーティングで,正常な動作または頻繁な故障につながる可能性があります.安定性にも直接影響するPCB設計の初心者でも 最適化ソリューションを探している経験豊富なエンジニアでもデザインの過程で 90% の面倒を省くことができます.

I. 設計 前 準備: 堅固 な 基礎 を 築き,再 設計 を 避ける 3 つの ステップ

1設計制約を定義する:PCBボードの物理的寸法,層数 (単層/二層/多層ボード選択),インペダンス要件 (例えば,50Ω高速信号,90Ωの差分信号),電源レール電圧低下制限値,EMC規格 (CE/FCCなど),および製造プロセスパラメータ (最小トラス幅,トラス間隔,サイズによる) を事前に確認します.これらの制約を設計規則 (DRC) に書き込み,最初から違反を避ける.

2. 図表の見直しと最適化

配置の前に,第二の図面の見直しは必須です. 電力,地面,信号経路の合理性を確認し,不要な交差を避けます. 機能モジュール (電力モジュール,高速インターフェース後にレイアウトを計画するための論理的基盤を提供するために;レイアウト中に集中制御のために鍵信号 (時計や微分ペアなど) をラベルする.

3部品の選択とパッケージの確認
標準化されたパッケージと合理的なピンピッチを持つコンポーネントを優先する (溶接困難を高める0.4mm以下の細いピッチのパッケージを避ける);パッケージライブラリの正確性を確認する (ピン定義)BGAやQFPなどの高精度部品では,誤ったパッケージングが設計失敗に直接繋がる.

II. 配置 設計: "ゾーニング,近接,熱分散"の三つの原則に従え

1機能的なゾーニングレイアウト

レイアウトを信号の種類と機能に応じてサブ領域に分けます: アナログエリア (ADC/DAC,センサー), デジタルエリア (MCU,FPGA), パワーエリア (パワーチップ,インダクタ,コンデンサ),インターフェイスエリア (USB)デジタル信号がアナログ信号に干渉するのを防ぐために,各領域の間に隔離帯 (推奨 ≥3mm) を準備する.

2重要な部品の配置を優先する:電源路線の長さを減らすために電源供給チップ (LDO,DC-DC) を負荷に近い場所に配置する.完全フィルタリング回路を形成するために電源チップピンの近くにインダクタとコンデンサを配置する ("飛ぶワイヤ"のレイアウトを避ける).

高速信号源 (クリスタルオシレーターやクロックチップなど) を受信機に近い場所に配置し,送信経路を短くし,干渉結合を減らす.結晶振動器蓋を地面に並べ,その周りに ≥ 5mm の銅のない領域を残す..

熱を生成する部品 (電源トランジスタやLEDドライバなど) を敏感な部品 (MCUやセンサーなど) から遠ざけ,熱散用の十分なスペースを確保する.必要に応じて,銅塗装された消熱装置を設計する.

3配置の合理性を確認する:部品ピンが遮られず,シルクスクリーンマークが明確に読み取れるようにする.穴の間の部品間隔が ≥2であることを確認する.5mm で,表面に搭載された部品間隔は ≥0.5mm;接続器とインターフェースコンポーネントをPCBの縁に近い場所に設置し,簡単に挿入し,取り外し,ルーティングする.

III.ケーブル設計:インピーデンスとEMCを考慮しながら,コアとして"短く,まっすぐでスムーズ"です.

1基本ケーブルルールは,重要な信号 (時計,差点ペア,高速データ信号) を優先し,一般信号を優先します.安定した電源供給を確保するために,電源と地上線は信号線よりも優先される..

ケーブルをできるだけ短く直し,不要な曲線やベアを避けます.曲線が必要であれば,45°の角度または丸い縁を使用します.90°の直角を避ける (信号反射とEMC放射線を減らすため).

軌跡幅マッチング:電流に応じて軌跡幅を選択する (例えば,1A電流は1mmの軌跡幅に相当し,0.5Aは0.5mmに相当し,信号軌跡幅は0.2-0.3mmであることを推奨する).差異信号の軌跡幅と距離は,インパデンス要件を厳格に遵守しなければならない (eUSB3.0の差分ペアは,0.2mmの幅と0.4mmの距離を必要とする.

2高速信号ルーティングの重要なポイント
差分信号 (HDMI,PCIe,イーサネットなど) は,長さが等しく,並行して,緊密に結合し,長さの差が5mm以内に制御されなければならない.分岐またはバイアスを使用することを避ける.

時計信号は,複数の負荷の直接の並列接続を避けるために星またはデジーチェーンのトポロジーを使用すべきである. 時計ラインの周りに地面銅を使用してシールドを形成し,クロスストークを減らす.

高速信号は,分割された領域 (電源と地面平面など) を横断することを避けるべきで,そうでなければ基準平面を乱し,信号の整合性問題を引き起こします.

3路線上の落とし穴を回避するためのガイドライン
信号線は電源線や地面平面の断片を横断することは許されない.横断は避けられない場合,基準平面に接続するために横断点に経路を追加する必要があります.

異なる層の信号線を長時間並列路由しない (層間の交差音の減少のため).同じ層の並列信号線間の距離は,線幅の3倍以上であるべきである.

バイアスが少なくなるほど,良くなっている.重要な信号は理想的には2バイアス以上でなければならない (バイアスは寄生体誘導力と容量性を導入し,信号の整合性に影響する).

IV. 接地設計: "単点接地"と"多点接地"の柔軟な適用

4接地原理 接地の核心は"接地ループ面積を減らす"ことであり,接地電位差によって引き起こされる干渉を回避することです.アナログ・アースとデジタル・アースは別々に配線され,結局は電源の1点で接続されなければならない (e0Ω抵抗,フェライトビーード,または直接接続) アナログとデジタル基地の直接混合は禁止されています.

1異なる種類の接地設計

シグナルグラウンド: "スターグラウンディング"を使用して,すべての信号グラウンドを共通のグラウンディングポイントに接続し,信号間のクロスストックを減らす.

パワーグラウンド: "多点接地"を使用します接地路線を短くして接地阻害を減らすため.

遮断地:金属の殻と遮断蓋の接地が信頼性があり,接地抵抗 ≤1Ωでなければならない."浮遊地"の形成を避ける (浮遊地には静電の蓄積が容易である)EMC障害を引き起こす).

2地平面設計技術
多層板は"パワー平面+地平面"のスタックアップ構造を使用することを推奨する (例えば,トップ - パワー - GND - ボトム).地面平面は,低阻力基準平面を形成するために完全に銅塗装されるべきです.単層または二層板は",グリッドグラウンド"または"大面積グラウンド平面"を使用して,地面銅面積を最大化する必要があります.接地効果を高めるため.

V. 電源 の 設計: フィルタリング,分離,電圧 調節 は すべて 必須 です

1電源のフィルタリングと分離
0.1μFのセラミックコンデンサタ (分離コンデンサタ) は,各アクティブデバイス (MCU,チップ) の電源ピンの隣に,ピンの近くと地面平面に置く必要があります.緊急の供給問題に対処するために低周波および高周波のノイズをフィルタリングするために,電源入口に10μFの電解コンデンサター + 0.1μFのセラミックコンデンサターを配置する必要があります.

電解電容器とセラミック電容器は,DC電源の入力端と出力端にそれぞれ配置する必要があります.磁気カップリングの干渉を防ぐために,インダクター端末は,敏感な信号から離れて保持する必要があります.

2パワーレールルーティング
高電流電源レール (電池電源やモーター駆動など) は,電圧低下と熱発生を減らすために,広い軌跡または銅塗装を使用すべきである.短回路を避けるため,複数の電源レール間に隔離帯を配置する必要があります.■ 電力分割は,明確な隔線で"島式"設計を採用し,信号線がそれらを横断してはならない.

VI.EMC最適化: 配置源からの電磁干渉を減らす

1. シールドデザイン
敏感な回路 (RF受信機やアナログ信号処理など) は,良好な接地のある金属シールドカバーを使用すべきである.高速信号線と電源線は,敏感な線と十分な距離 (≥10mm) を保持する必要があります.,または磨かれた銅で隔離されます.

2フィルタリングとアースングの最適化
インターフェース回路 (USB,イーサネット,電源インターフェース) は,共同モード干渉を抑制するために,連続型共同モードインダクタと並行TVSダイオードを使用すべきである.外部インターフェイスのすべての信号線は,PCBから導かれる前にフィルタリングする必要があります..

3放射線源を減らす
長距離の並列電線や 地雷を浴びた電流線,そして大きな銅を吊るさないでください.時計 の 信号 や 高速 信号 を できる 限り 短く し て,地面 面 で 囲い て "マイクロ ストライプ ライン"の 構造 を 形成 する電磁放射線を減らす

設計後検査: 製造可能性 と 隠れ て いる 危険 が ない こと を 保証 する 3 つの 重要な ステップ

1. DRC ルールチェック
レイアウトが完了した後,DRCのチェックが実行され,トラス幅,トラス間隔,サイズ,コンポーネント間隔,インピーダンスのマッチングなど,設計規則を遵守し 違反しないようにする.

2信号完全性とEMCシミュレーション
高速PCB (例えば≥100MHz信号) では,反射,クロスストック,タイミングの問題等をチェックするために信号整合性シミュレーション (SI) が推奨されます.複雑な製品にはEMCシミュレーションが必要です (例えば,放射性排出量障害を早期に特定し,解決する.

3製造可能性チェック (DFM)
面面の大きさ:穴を通るビアス ≥0.8mm,表面に設置するビアス ≥0.3mm,穴を掘るのに困難を起こす過小ビアスを避ける.

溶接マスクとシルクスクリーン:溶接マスクの開口は,銅を露出しないようにパッドを覆う必要があります. 溶接マスクはパッドやバイアスを覆うべきではなく,文字は明確に読み取れます.

パネル設計: パネル化が必要であれば,V切断スロットやスタンプ穴を予約し,SMT生産を容易にするため,パネルの端に3mm以上のプロセスエッジを残す.