PCB設計の4つの黄金律

PCBを設計する際には、必ず守らなければならないいくつかの黄金律があります。例えば、DRC（Design Rule Check）をできるだけ頻繁に行うこと、部品をグループ化すること、トレースを分離すること、サーマルリリーフパターンなどです。これらはすべて、設計プロセスをよりスムーズに進め、コストを削減するものです。さらに、これらのルールは、在庫の判断を容易にすることで、時間とコストの節約につながります。

デザインルールチェック(DRC)を我慢できる範囲内で何度も行う

デザインルールチェック（DRC）は、エンジニアがコストのかかるデザインエラーを回避するのに役立つ重要なプロセスです。DRCは、PCBデザインに実装される前に、欠陥を特定するのに役立ちます。デザインルールチェックは、設計が仕様を満たしているか、最終的な組み立てに問題がないかを確認する効率的な方法です。

PCB設計者は、回路図やレイアウト設計に対してDRCを実行し、エラーを特定し修正することができます。これらのツールは、違反の詳細を示す包括的なレポートを生成します。これらのレポートには、違反したルールや、参照デジグネータに関連する特定のコンポーネントなどの詳細が含まれています。これらのツールは、手動で使用することも可能です。ただし、DRCの代わりにはならないことを念頭に置いておく必要があります。

PCB設計のDRCには時間がかかりますが、後々の頭痛の種を軽減することができます。たとえPCB設計がシンプルであっても、頻繁にチェックすることで、面倒な作業の時間を短縮することができます。特に複雑なPCBに取り組んでいる場合は、習慣にしておくとよいでしょう。

コンポーネントのグループ化

Grouping components is an important part of PCB design. Components with similar functions should be placed together. For example, power management ICs should be grouped with LDOs and other similar devices. In addition, power management ICs and other devices with high currents should be separated from analog and digital parts. Also, keep components with high switching frequencies and high electromagnetic noise separate from other parts. By grouping components by function, you will have a better control over the return path, and you’ll also be able to avoid overheating certain components.

Grouping components in a PCB design is essential to avoid crosstalk and interference between digital and analog signals. Crosstalk is a problem that can compromise the integrity of the signal. To prevent this problem, grouping non-homogeneous components into distinct areas is the simplest solution. This way, the analog and digital masses won’t confuse each other.

部品の配置は、全体のプロセスや製品の全体的なデザインに影響するため、重要です。不適切な配置は、機能性、製造性、保守性を低下させる可能性があります。また、誤った配置をすると、信号によっては破損することもあります。コンポーネントを正しく配置することで、設計プロセスを改善し、時間を大幅に節約することができます。

トレースの分離

The process of PCB design involves separating traces. The exact width and number of traces will depend on the nature of the signal being transmitted. Thin traces are usually used for low-current TTL signals that don’t need noise protection or high current carrying capacity. They are the most common type of traces on a circuit board. However, some PCB designs will need thicker traces to carry high-power signals and other power-related functions.

トレースの形状は、回路を正しく動作させるために非常に重要です。トレースは電気信号の伝送に使用されるため、過熱を防ぎ、PCBの面積を最小にするためには、適切な幅でなければなりません。オンラインには、トレースの適切な幅を計算するのに役立つ電卓ツールがたくさんあります。

When designing a PCB, it’s vital to separate analog signals from digital signals. These signals can interfere with each other, and it’s important to keep them separated to prevent crosstalk.

サーマルリリーフパターン

サーマルリリーフパターンは、回路基板が広い面積で熱を放散するのを助けるものです。これは、スルーホールのデバイスをはんだ付けするときに便利です。回路基板は、はんだ付けの際に熱がこもるリスクを最小限にするように設計することが重要です。

サーマルリリーフパターンは、部品プレートとビアやグランドプレーンが接する場所に使用する必要があります。サーマルリリーフパターンは、部品の支持を強化し、熱応力を軽減する効果があります。サーマルリリーフは、設計段階で定期的にチェックする必要があります。早期に発見すれば、問題を最小化したり、完全に回避することができます。

また、サーマルリリーフの大きさは、パワートレースの幅に合わせる必要があることも重要なポイントです。サーマルリリーフが小さすぎると、過剰な熱が発生し、接続部が焼損することがあります。より良いサーマルリリーフの設計は、十分な金属と少ないスポークを特徴とするものです。