不適切に設計されたプリント基板または PCB は、商業生産に必要な品質を決して満たすことはできません。 PCB 設計の品質を判断する能力は非常に重要です。完全な設計レビューを行うには、PCB 設計の経験と知識が必要です。ただし、PCB 設計の品質を迅速に判断する方法がいくつかあります。

概略図は、特定の機能のコンポーネントとそれらがどのように接続されているかを示すのに十分な場合があります。ただし、特定の操作におけるコンポーネントの実際の配置と接続に関して回路図によって提供される情報は非常に限られています。これは、完全な動作原理図のすべてのコンポーネント接続を細心の注意を払って実装して PCB を設計したとしても、最終製品が期待どおりに動作しない可能性があることを意味します。 PCB 設計の品質を迅速にチェックするには、次の点を考慮してください。

1. PCB トレース

PCB の目に見えるトレースはソルダー レジストで覆われており、銅トレースを短絡や酸化から保護します。さまざまな色を使用できますが、最も一般的に使用される色は緑色です。ソルダーマスクの色が白色のため、痕跡が見えにくいことに注意してください。多くの場合、最上層と最下層しか見えません。 PCB に 3 つ以上の層がある場合、内側の層は表示されません。ただし、外側のレイヤーを見るだけでデザインの良し悪しを判断するのは簡単です。

設計レビューのプロセス中に、トレースをチェックして、鋭い曲がりがなく、すべてが直線に伸びていることを確認します。特定の高周波または高出力の配線では問題が発生する可能性があるため、急な曲げは避けてください。これらは設計品質の低下を示す最終的なシグナルとなるため、完全に避けてください。

2. デカップリングコンデンサ

チップに悪影響を与える可能性のある高周波ノイズを除去するために、デカップリング コンデンサは電源ピンの非常に近くに配置されています。一般に、チップに複数のドレイン間 (VDD) ピンが含まれている場合、そのような各ピンにはデカップリング コンデンサが必要になり、場合によってはそれ以上のデカップリング コンデンサが必要になります。

デカップリング コンデンサは、デカップリングするピンのすぐ近くに配置する必要があります。ピンの近くに配置しないと、デカップリングコンデンサの効果が大幅に減少します。ほとんどのマイクロチップでデカップリング コンデンサがピンの隣に配置されていない場合は、やはり PCB 設計が間違っていることを示します。

3. PCB 配線の長さのバランスが取れている

複数の信号に正確なタイミング関係を持たせるには、設計時に PCB 配線の長さを一致させる必要があります。トレース長のマッチングにより、すべての信号が同じ遅延で宛先に到達することが保証され、信号エッジ間の関係の維持に役立ちます。信号線のセットに正確なタイミング関係が必要かどうかを知るには、回路図にアクセスする必要があります。これらのトレースをトレースして、トレース長等化が適用されているかどうかを確認できます (遅延線とも呼ばれます)。ほとんどの場合、これらの遅延線は曲線のように見えます。

信号パス内のビアによって余分な遅延が発生することに注意してください。ビアを回避できない場合は、すべてのトレース グループに正確なタイミング関係を持つ同数のビアがあることを確認することが重要です。あるいは、ビアによって生じる遅延は、遅延線を使用して補償することもできます。

4. コンポーネントの配置

インダクタには磁界を生成する機能がありますが、回路内でインダクタを使用する場合、エンジニアはインダクタを互いに近づけないようにする必要があります。インダクタが互いに近くに、特にエンドツーエンドで配置されると、インダクタ間に有害な結合が生じます。インダクタによって生成される磁界により、大きな金属物体に電流が誘導されます。したがって、金属物体から一定の距離を離して配置する必要があります。そうしないと、インダクタンス値が変化する可能性があります。インダクタを直交するように配置することで、インダクタを近接して配置しても不要な相互結合を低減することができる。

PCB に電力抵抗やその他の発熱コンポーネントがある場合は、他のコンポーネントへの熱の影響を考慮する必要があります。たとえば、回路内で温度補償コンデンサやサーモスタットを使用する場合、それらを電力抵抗器や熱を発生するコンポーネントの近くに配置しないでください。

PCB 上には、オンボード スイッチング レギュレータとその関連コンポーネント用の専用領域が必要です。この部分は微小信号を扱う部分からできるだけ離して設置してください。 AC 電源が PCB に直接接続されている場合は、PCB の AC 側に別の部品が必要です。上記の推奨事項に従ってコンポーネントが分離されていない場合、PCB 設計の品質に問題が生じます。

5. トレース幅

エンジニアは、大電流が流れる配線のサイズを適切に決定するために細心の注意を払う必要があります。急速に変化する信号またはデジタル信号を伝送するトレースが、小さなアナログ信号を伝送するトレースと並行して走る場合、ノイズを拾う問題が発生する可能性があります。インダクタに接続されたトレースはアンテナとして機能する能力があり、有害な無線周波放射を引き起こす可能性があります。これを避けるには、これらのマークの幅を広くしないでください。

6. グランドとグランドプレーン

PCB にデジタルとアナログの 2 つの部分があり、1 つの共通点 (通常は負の電源端子) のみに接続する必要がある場合は、グランド プレーンを分離する必要があります。これにより、グランド電流のスパイクによって引き起こされるデジタル部のアナログ部への悪影響を回避できます。サブ回路のグランド リターン トレース (PCB が 2 層のみの場合) を分離し、負の電源端子に接続する必要があります。適度に複雑な PCB の場合は少なくとも 4 層にすることを強くお勧めします。電源層とグランド層には 2 つの内部層が必要です。

結論は

エンジニアにとって、1 人または 1 人の従業員の設計の品質を判断するには、PCB 設計に関する十分な専門知識を持っていることが非常に重要です。ただし、専門的な知識を持たないエンジニアでも上記の方法を参照できます。プロトタイピングに移行する前に、特にスタートアップ製品を設計する場合は、常に専門家に PCB 設計の品質をチェックしてもらうことをお勧めします。