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高周波PCBパフォーマンスの最適化:4つの主要な干渉要因とその解決策

2024-07-24記者: SprintPCB

高周波PCB設計では、周波数が高くなり、回路が小型化・コスト効率が向上するにつれて、干渉の問題はますます複雑になります。主な干渉要因には、電源ノイズ、伝送線路干渉、カップリング、電磁干渉(EMI)などがあります。以下に詳細な説明と解決策を示します。

1. 電源ノイズ

高周波PCB設計では、電源ノイズが高周波信号に大きな影響を与えます。そのため、低ノイズ電源に加え、クリーンなグランドラインと電源ラインが不可欠です。電源には固有のインピーダンスがあり、ノイズが電源に重畳する可能性があります。電源インピーダンスを最小限に抑えるには、専用の電源層とグランド層を設けることが推奨されます。一般的に、電源層はバス設計よりも優れており、信号ループを最小限に抑え、ノイズを低減します。

電源ノイズを除去する方法

  1. ビア管理:電源層に信号ループを阻害する大きな開口部を設けないでください。大きな開口部は信号を迂回させ、ループ面積とノイズを増加させる可能性があります。
  2. 十分なグランド ライン: 各信号には専用のリターン パスが必要です。信号パスとリターン パスは並列になっており、ループ領域が最小限に抑えられます。
  3. アナログ電源とデジタル電源を分離する: 高周波デバイスはデジタル ノイズに敏感なので、それらを分離し、電源入力ポイントで結合して、信号を交差させるためのループを配置します。
  4. 電源層の重複を避ける: 寄生容量によるノイズ結合を防止します。
  5. 敏感なコンポーネントを分離します: たとえば、PLL など。
  6. 電源ラインの配置: 電源ラインを信号ラインに隣接して配置することでノイズを低減します。

2. 送電線

高周波PCB設計では、伝送線路に反射の問題が生じ、信号品質が低下し、システムノイズが増加します。主な解決策は、伝送線路インピーダンスの不連続性を回避するインピーダンス整合です。

伝送線路干渉を除去する方法

  1. インピーダンスの不連続を避ける: 各ビアはインピーダンスの不連続点となるため、直角ではなく 45° の角度または曲線を使用し、ビアの使用を最小限に抑えます。
  2. スタブ ラインを避ける: 短いスタブ ラインは終端できますが、長いスタブ ラインは大きな反射を引き起こすため避ける必要があります。
高周波PCB

3. カップリング

高周波 PCB 設計では、一般的な結合チャネルには、共通インピーダンス結合、共通モード結合、差動モード結合、クロストークが含まれます。

クロストークを除去する方法

  1. 適切な終端: 干渉を減らすために敏感な信号ラインを終端します。
  2. 信号ライン間の距離を広げる: グランド層管理を使用し、リードのインダクタンスを減らします。
  3. グランド ラインを挿入: 隣接する信号ラインの間に、1/4 波長ごとにグランド プレーンに接続されたグランド ラインを挿入します。
  4. ループ領域を最小化: 可能な場合はループ サイズを縮小します。
  5. 共有信号ループを回避する: 各信号に固有の戻りパスがあることを確認します。
  6. 信号の整合性に重点を置く: はんだ付け時に終端技術を使用し、マイクロストリップ長には銅箔シールドを使用します。

4. 電磁干渉(EMI)

高周波 PCB 設計では、速度が上がるにつれて、特に高速デバイスでは EMI の問題がより顕著になります。

電磁干渉を除去する方法

  1. ループの削減: ループの数とサイズを最小限に抑え、人工的なループを避け、電源プレーンを使用します。
  2. フィルタリング: 電源ラインと信号ラインにデカップリング コンデンサ、EMI フィルタ、磁気コンポーネントを使用します。
  3. シールド: シールド缶やシールド層などのシールド対策を実施します。
  4. 高周波デバイスの速度を下げる: EMI を減らすには、低速デバイスを選択します。
  5. PCB の誘電率と厚さを増やす: 高周波部品からの放射を減らし、電磁漏れを防止します。
高周波PCB設計の原則の概要
  1. 統一された安定した電源と接地: 低インピーダンスでクリーンな電源ラインと接地ラインを確保します。
  2. 注意深いルーティングと終端: 反射を排除し、クロストークを減らします。
  3. ノイズ抑制: フィルタリング、シールド、最適化された設計を使用して EMC 要件を満たします。

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