プリント基板設計の基本的な考え方！！このサイトは、プリント基板設計の基礎を
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CLK、クロックラインには、要注意、基本的な考え方!! 解説
プリント基板設計の重要性と基本的な考え方法
PCB、プリント基板設計は、非常に重要な設計項目です。実装する半導体部品や抵抗、コンデンサなど、各種部品の特性を活かす基板設計が重要です。実際に、プリント基板を設計するためには、さまざまな考えるべきポイントがあり、注意すべきポイントがあります。それらについて簡単にまとめてみたいと思います。
世の中にある電子機器、例えば、携帯電話、パソコン、ハードディスク、テレビ、DVD、コピー機、FAX、プリンタ、カーナビ、オーディオ機器など、セット機器の中には電子回路基板があります。そして、このプリント基板の上で半導体素子、ICやLSIなどの電子部品が働き、それによって、僕らが楽しく便利な機能を実現してくれています。でももし、回路図上で完璧な回路が設計できても、プリント基板設計がうまく出来なければ、そのセット機器は正常に動作するかは分かりません。その場合、プリント基板設計が悪いのか、作った回路が悪いのか？、見極めるのは、非常に時間が掛かります。以上の理由から、基本的なポイントをしっかり理解し、それを基板上に設計できるようしていきたいです。
周波数の高いクロック信号やパルス信号はノイズ源となったり、他のアナログブロックに影響を及ぼす可能性があります。従って、PCB、プリント基板上でこれら、クロックラインやクロック信号を扱うときは特に注意が必要です。
今回はこのクロックやクロックラインの考え方について考えてみましょう。。
CLK、クロックラインの注意点について
超基本的事項のまとめ
- 周波数が高いパルス信号やクロックラインを用いる場合は注意
- クロストークや他の信号への干渉に注意する
- ダンピング抵抗は効果あり
基本事項についての詳細について
では、上記基本事項について順に見ていきましょう。
| １、周波数が高いパルス信号を用いる場合は注意 クロック(CLK)信号やパルス信号で特に、周波数が高い場合、これらの信号の電力ペクトルは高周波まで広がります。また、クロック信号の立ち上がり、立ち下りが急峻なほど、電力スペクトルのカットオフ周波数も高周波まで広がるので注意が必要です。クロックラインのスペクトルなどについては 高速ディジタル回路実装ノウハウ が詳しいです。 |
| ２、クロックラインのクロストークや他の信号への干渉に注意する 基板パターン上にある配線とその隣にある配線は、基板パターンの寄生容量や対基板への容量で結合され、その容量を通して隣の信号に干渉する場合があります。もちろんパターンの距離やインピーダンスにもよりますが、とくにクロック信号の周波数成分が高いほど注意が必要です。また、クロックラインの隣の配線のインピーダンスが高ければ高いほど、特に影響を及ぼしやすいので注意が必要です。 |
| ３、ダンピング抵抗は効果あり クロックラインやクロック信号の立ち上がり、立下りが急峻な場合で、ダンピング抵抗を挿入するとこれらの影響は緩和できます。簡単で非常に便利です。ただし、使用するアプリケーションに応じて使える鈍度合いは確認する必要があります。 |
プリント基板設計の基本的な注意点まとめ
以上、今回はクロックラインやパルスラインを扱う場合の注意点について説明しましたが、やはり一番問題が起こりやすく、対策しにくいのがこれらクロックラインです。他の配線や信号に影響を及ぼさないように、距離を離したり、コアや、シールドを施すなど、工夫したいところです。
プリント基板設計で重要なのはやはり、電源及びGNDのインピーダンスを如何に下げることが出来るか、また、大電流ラインやスイッチングラインなど、パルス信号のラインの影響を如何に減らせれるかです。もちろん共通インピーダンスの影響を低減させることも、言うまでもありません。実際、ICのピン数が多くなった場合や、同じ基板上に、数多くのデバイスをマウントする必要がある場合は、特に注意が必要です。また、数多くのデバイスが密集してきたり、基板サイズが制限される場合は、空きスペースも少なく、特に難しくなります。その場合は、最も重視したいポイントは何かを十分考えて、優先順位をつけることが必要です。じっくり考えましょう。
今回は、基本事項を並べてみましたが、これ以外にも考慮すべき事柄や注意点はたくさんあるとは思います。別の章で少しずつ説明していきます。
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