PCB相互接続設計におけるRFの影響を最小限に抑える方法

PCB相互接続設計においてRFの影響を最小化する方法はいくつかあります。その中には、トレースが互いに近接しないようにする、グランドグリッドを使用する、RF伝送ラインを他のトレースから分離する、などがあります。

多層構成

PCB相互接続設計におけるRF効果は一般的な問題である。この影響は主に非理想的な回路特性のために発生する。例えば、ICを2つの異なる回路基板に配置した場合、その動作範囲、高調波放射、干渉感受性は大幅に異なります。

この影響を最小限に抑えるためには、多層構成が必要である。このような基板は、合理的なレイアウト、高周波インピーダンス、シンプルな低周波配線を備えている必要がある。適切な基板材料を使用することで、信号損失を最小限に抑え、回路全体のインピーダンスを一定に保つことができる。信号が回路から伝送線路に移行する際には、インピーダンスを一定に保つ必要があるため、これは極めて重要である。

インピーダンスは、PCB相互接続設計におけるもう一つの問題である。インピー ダンスとは、2 つの伝送線路の相対インピーダンスのことで、PCB 表面から始まり、コネクタや同軸ケーブルに至る。周波数が高いほど、インピーダンスの管理は難しくなる。したがって、より高い周波数を使用することは、設計上の重要な課題であると思われる。

グラウンドグリッドの作成

RFの影響を減らす一つの方法は、PCB上にグランドグリッドを作ることです。グラウンド・グリッドとは、グラウンドにトレースで接続された一連のボックス・セクションのことである。その目的は、低インピーダンスを維持しながら、信号のリターンパスを最小化することです。グランド・グリッドは、単一のトレースでも、重なり合ったトレースのネットワークでもかまいません。

グランドプレーンは、信号トレースのインピーダンスを計算するための基準として機能する。理想的なシステムでは、リターン電流は信号トレースと同じプレーンに留まります。しかし、実際のシステムでは、プリント基板の銅メッキのばらつきや使用されているラミネート材など、さまざまな要因によって、リターン電流が理想的な経路から外れることがあります。

RF伝送ラインと他のトレースの分離

複数のトレースを持つ回路を設計する場合、RF伝送ラインを他の回路から分離することが重要である。クロストークを防ぐためには、これらのトレースを分離することが重要である。そのためには、RF伝送線路の間隔を少なくともトレース幅2本分離すのがベストである。この距離により、放射エミッションが減少し、容量性カップリングのリスクが最小化される。

RF伝送線路は通常、ストリップラインによって他のトレースから分離される。多層プリント回路基板では、ストリップラインは内層に最も簡単に構築できる。マイクロストリップと同様、ストリップラインにはRF伝送線の上下にグランドプレーンがある。ストリップラインはマイクロストリップよりもアイソレーションが良い反面、RF損失が高くなる傾向があります。このため、ストリップラインは一般的に高レベルのRF信号に使用されます。

PTFEセラミックスの使用

PCB相互接続設計において、RF効果は非常に現実的な懸念事項です。高周波のため、トレース上を移動する信号がシフトすることがあります。このため、信号の速度とトレース形状によって誘電率が変化します。PCB基板材料の誘電率も信号の速度に影響します。

セラミックスとはんだを比較した場合、PTFEセラミックスの方がFEPセラミックスよりも有利です。前者は安価で製造が容易ですが、信号の信頼性が低下します。その上、PTFEセラミックスは吸湿しにくい。しかし、PTFEセラミックスが炭化水素で覆われると、吸湿性が高まる。

対称ストリップライン配線

ストリップライン配線は、デジタル回路設計では一般的な手法である。これは、2つのグランドプレーンに挟まれた誘電体層を使用し、中央に信号を伝える導体を配置する。この方法は対称ストリップラインと呼ばれる。典型的なストリップラインの寸法は、s=2.0、w=3.0、t=1.0、b=5.0である。

この方式には、マイクロストリップと比較して2つの大きな利点がある。トレースを小さくできるため、攻撃的な信号に対する保護が強化される。さらに、ストリップライン配線は、相互接続設計におけるRFの影響を最小限に抑えることができる。しかし、基板層の積層とグランドプレーン間の誘電体材料を注意深く考慮する必要があります。

PCBトラック幅については、2インチを超えないこと。これは、立ち上がり/立ち下がり時間が5ナノ秒の高速ロジックにとって重要である。高速ロジックのPCBトラックは特性インピーダンスで終端し、基準プレーンのボイドを避けることが望ましい。