PCBレイアウトの6つの基本ルール

PCBレイアウトでは、複数の層で回路を設計します。PCB設計の基本的なルールには以下のようなものがある：複数のグランドプレーンを避ける。アナログ回路の信号は直接かつ短くする。1枚のPCBに3つのコンデンサを使用しない。多層PCB設計と多層PCBの設計方法に関する記事もご覧ください。

多層プリント基板の設計

多層プリント基板を設計する際、考慮すべき重要なことがいくつかあります。そのひとつが、銅配線がシグナル・インテグリティとパワー・インテグリティを維持することです。もしそうでなければ、電流の品質に影響を与えかねません。このため、インピーダンスを制御したトレースを使用する必要がある。これらのトレースは、過熱を防ぐために通常より太くする必要があります。

欲しいものがはっきりしたら、PCBの設計を始めましょう。多層PCBを設計する最初のステップは回路図の作成です。この回路図は設計全体の基礎となります。回路図エディタのウィンドウを開きます。その後、必要に応じて詳細を追加したり、回転させたりします。回路図が正確であることを確認してください。

単一グランドプレーンの作成

PCBレイアウト上に単一のグランドプレーンを作成することは、回路基板全体の不均一な電圧の量を減らすのに役立ちます。これは、グランドプレーンを基板の他の部分と接続するためのビアまたはスルーホールを作成することによって達成される。また、リターン電流の変動によって発生するノイズの低減にも役立ちます。

PCB上にグランドプレーンを定義する際、グランドプレーンが導電性リングで覆われていないことを確認することが極めて重要である。グランドプレーンは電子部品の下に配置するのが理想的です。グランドプレーンに合わせるために、いくつかのトレースや部品の配置を変更する必要があるかもしれません。

アナログ回路の信号を直接かつ短く保つ

アナログ回路用のPCBレイアウトを実装する場合、アナログ信号トレースを短く、直接配線することが重要である。さらに、アナログ部品は互いに近くに配置する必要があり、そうすることで直接配線が簡単になる。ノイズの多いアナログ部品を基板の中心に近づけることも、ノイズを減らすのに役立つ。

アナログ回路信号を直接かつ短く保つことに加えて、設計者はリターン・パスを妨害することも避けるべきである。プレーン・スプリット、ビア、スロット、切り欠きなどは、アナログ信号が原点に戻る最短経路を探す際にノイズの原因となる。その結果、信号はグランドプレーン付近をさまよい、重大なノイズを発生する可能性がある。

3つの異なるコンデンサーを避ける

PCBレイアウトを設計する際、電源ピンに3つの異なるコンデンサを配置するのは避けた方がよい。この配置は、解決するよりも多くの問題を引き起こす可能性がある。3つの異なるコンデンサを避ける1つの方法は、トレースとコッファーフィルを使用することである。そして、それらをできるだけデバイスのピンの近くに配置する。

しかし、トレース間の距離が設計段階で計算されたものであるとは限らないため、これは必ずしも可能ではない。これはよくある問題で、組み立て工程で問題になることがあります。配置を検討する際には、各コンポーネントの配置がその機能にとって極めて重要であることを忘れないでください。

パワー層銅の使用

PCBレイアウトで電源層銅を使用するには、適切な計画が必要です。ボードのこの部分では、パワーネットワーク用にボードの特定のエリアを割り当てる必要があります。このエリアを割り当てるために、インナーレイヤー分割を使用することもできます。このレイヤを追加するには、"PLACE-SPLIT PLANE "コマンドを使用し、分割するネットワークを選択します。電源レイヤーのエリアが割り当てられたら、銅の舗装テクニックを使って分割エリアに銅を配置することができます。

銅の被覆を均一にすることに加え、ボードの厚みがコアに適合していることを確認する必要があります。電源プレーンの対称性だけでは、完璧な銅の被覆を保証することはできません。基板端までの銅は、スコアリング（Vカット）技術にも適合しません。この問題を避けるために、メカニカル・レイヤーに銅ゾーンを表示し、その幅を最小 0.5mm にすることを推奨します。

ガイドラインのリストを使ってPCBに部品を配置する

PCBにコンポーネントを配置する際にガイドラインのリストを使用すると、製品開発サイクルを短縮しながら、新製品開発の全体的なコストを最小限に抑えることができます。また、これらのガイドラインは、プロトタイプから生産へのスムーズな移行にも役立ちます。これらのガイドラインは、アナログ回路とデジタル回路の両方に適用できます。

ほとんどの基板設計者は、PCBを設計する際に一連のガイドラインに従う。例えば、典型的な基板設計ルールは、デジタル・クロック・トレースの長さを最小限にすることです。しかし、多くの設計者は、これらのガイドラインの背後にある根拠を十分に理解していません。とりわけ、高速トレースは信号リターン・プレーンのギャップを越えてはならない。