一部の PCB 設計では、GND 層と電源層にある程度のくぼみが組み込まれていることに気づいたことがありますか?その理由を考えたことはありますか?

これを理解するには、まず「20H」原則を理解する必要があります。

20H 原理は主に、回路基板からの電磁放射を低減するように設計されています。回路基板上の高速電流は、関連する磁界を生成します。これらの電磁場がさまざまな層の端でどのように放射されるかを次の図に示します。

ご覧のとおり、グランド プレーンと電源プレーンが同じサイズの場合、電源プレーンとグランド プレーンの間の電界が変化し、電磁干渉が基板の端から外側に放射されます。一般的な解決策は、電源プレーンを一定の距離だけインデントすることです。これにより、電界がグランドプレーンの領域内でのみ伝導できるようになり、エッジ放射の影響が抑制され、電磁両立性 (EMC) が向上します。

では、通常どのくらいインデントすればよいのでしょうか?くぼみの距離は先ほどの「20H」の距離です。ここで、H は電源プレーンとグランド プレーンの間の誘電体の厚さを指します。 「20H ルール」とは、電源プレーンのエッジが 0V プレーンのエッジと比較して 2 つのプレーン間の距離の少なくとも 20 倍はくぼんでいることを保証することを意味します。

上の図に示すように、これはくぼんだ電源プレーンとグランド プレーンです。電磁場のほとんどが外部に放射されなくなり、外部 EMI 放射が減少していることがわかります。しかし、なぜそのほとんどがもはや外部に放射されないと言えるのでしょうか?なぜなら、グランドプレーンに対して電源プレーンの端を20Hだけ凹ませると、電磁界密度がゼロではなく約70%減少することがわかったからです。さらに電場を閉じ込める必要がある場合は、「100H」ずつインデントできます。一般に、100H のくぼみにより、電界の 98% を閉じ込め領域内に閉じ込めることができます。これが、ボードをインデントする必要がある理由の 1 つです。

ただし、層スタックアップ設計により、一部の一般的な PCB では 20H ルールに厳密に従うと PCB 配線が妨げられます。したがって、一般的な方法では、パワー GND プレーンをベース GND プレーンから 1mm 内側に埋め込んで、ボードのパフォーマンスをある程度向上させます。

また、20H ルールは特定の条件下でのみ重大な影響を与えることにも注意する必要があります。

1. 電源プレーンは PCB 内に配置する必要があり、その上下の 2 つの隣接する層は両方とも 0V プレーンである必要があります。これら 2 つの 0V プレーンから外側に伸びる距離は、それらと電源プレーンの間の層間隔の少なくとも 20 倍でなければなりません。
2. PCB 層の合計数は 8 層以上である必要があります。