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PCB 設計では、PCB グランド プレーンは考慮する必要がある重要な要素の XNUMX つです。 適切に設計されたグランドプレーンがないと、回路基板が期待どおりに機能しなくなり、さまざまな形の電気ノイズや干渉の影響を受けやすくなる可能性があります。
今日は、PCB グランド プレーンとは何かを見て、それが回路基板の強固な基盤として機能することを確認する方法についていくつかのヒントを探ってみましょう。
PCB グランド プレーンは、回路基板設計において重要なコンポーネントであり、回路グランドに直接接続する銅箔層で構成されます。 これは回路内のコンポーネントと電流のリターンパスとして機能し、グランドトレースの必要性を排除することで回路レイアウトを簡素化します。
グランドプレーンは、PCB の小さな部分または層全体を占めることができ、効率的な電圧帰還、信号回復、およびノイズ低減を促進します。 信号の交差点、グランド ループ、電磁ノイズ干渉などの問題を回避し、デバイスの最適なパフォーマンスを確保するには、グランド プレーン技術を適切に実装することが重要です。
PCB のグランド プレーンは、回路基板のモデルに応じて変更される傾向があります。 たとえば、XNUMX 層の PCB では、ほとんどの場合、最下層がグランド プレーンとして使用されます。 一方、多層基板では層全体が接地に使用され、あらゆる種類の接地ループ、信号配線、その他の問題が回避されます。
プリント基板上のグランド プレーンは、通常、回路グランドに接続された広い金属領域です。 この金属領域は基板のほんの一部である場合もあれば、多層設計では基板層全体である場合もあります。 設計のニーズに応じて、複数のレベルを占める場合もあります。 グランドプレーンは、プリント基板において XNUMX つの重要な目的を果たします。
PCB 上のほとんどすべてのコンポーネントは電源ネットに接続され、帰還電圧はグランド ネットを通じて戻ってきます。 シングルまたは 二層基板、通常、グランド ネットの配線には幅広のトレースが使用されます。 ただし、多層基板では、層全体をグランド プレーンとして専用にすることで、各コンポーネントをグランド ネットに接続するプロセスが簡素化されます。 このアプローチにより、大規模なグランド トレース配線の必要性がなくなり、より効率的で信頼性の高い電圧リターン パスが確保されます。
XNUMX 層を超える多層 PCB スタックアップには、さらに注意が必要です。 高品質の素材を使用して、グランドネットと回路コンポーネントの間に強固な接続を作成します。 これにより、ほとんどのコンポーネントが電源ネットに接続されるときに生成される電圧が、グランド ネットを通じて適切に分配されることが保証されます。
通常の信号にもリターンが必要であり、高速設計の場合は、グランド プレーン上に明確なリターン パスがあることが重要です。 この明確なリターン パスがないと、これらの信号は PCB の残りの部分に多大な干渉を引き起こす可能性があります。
通常、デジタル回路の位置ずれが生じると、グランド回路を介して大量のエネルギーが放出されます。 この動作によりノイズや干渉が発生しますが、グランドプレーンを統合することで回避できます。
PCB には、動作中に大量の電力を必要とする電子コンポーネントが含まれることがよくあります。 したがって、PCB グランド プレーンは、この操作によって生じる電力スパイクを平滑化します。
PCB 設計でグランドを扱う場合、可能な限り最も堅牢なグランド システムを作成するのに役立つレイアウトの推奨事項をいくつか示します。
継続性の維持: グランドプレーンが PCB 全体で連続性を維持し、断片化や破損を避けてください。 これにより、均一な接地経路が提供され、電流の戻りのインピーダンスが低減されます。
適切なレイアウト: 設計では、グランドプレーンの位置と形状を慎重に計画してください。 接地経路の長さと電流ループの面積を最小限に抑え、接地の効果を高めます。
適切な拡張: 可能であれば、特に高周波回路や高電力回路では、グランド プレーンのサイズを大きくします。 グランドプレーンを拡張すると電流密度が減少し、信号のクロストークや電磁干渉の問題が最小限に抑えられます。
層間結合を避ける: 多層 PCB では、層間の結合を避けるために予防措置を講じてください。 信号トレース間の干渉を軽減するには、層間で適切な分離と計画を使用します。
熱管理： PCB グランド プレーンを設計するときは、放熱と熱管理を考慮してください。 熱放散を促進し、回路基板の温度が適切な範囲内に確実に制御されるように、グランド プレーンをレイアウトします。
PCB 設計で使用される一般的な接地手法をいくつか示します。
グランド プレーンとは、グランドに接続されている PCB 上の大きな銅領域を指します。 XNUMX 層 PCB では、通常、PCB は最下層に配置され、最上層にはトレースとコンポーネントが収容されます。 多層 PCB の場合、次のいずれか 内部銅層 通常、グランドプレーンとして専用になります。
グランド プレーンの使用を最適化するには、信号トレースをできるだけ短くし、その下の領域全体をカバーするようにグランド プレーンを配置することをお勧めします。 この設計アプローチは、インダクタとして機能する導電ループの形成を防止するのに役立ち、それによってグランド ループ電流の発生につながる可能性のある外部磁場の発生を低減します。
多層 PCB では、異なる層のグランド プレーンがビアを使用して相互接続されているため、基板上のどこからでもグランド プレーンにアクセスできます。 これらのビアは、システム内のグランド ループを減らし、電流が戻るための低インピーダンス パスを提供するという目的を果たします。
銅部分の共振による影響を最小限に抑えるには、インピーダンス制御技術を使用してコンポーネント間に可能な限り最短の接続を確立することをお勧めします。 さらに、接地されたステッチングビアを戦略的に配置すると、グランドに戻る容量性パスが作成され、これらの振動を効果的に排除できます。 一般的なガイドラインとして、これらのグランド ビアは、対応する導体から波長の 1/8 以下の距離に配置することをお勧めします。
PCB コネクタは接地する必要があり、信号導体は並列に接続するために接地ピンを使用して分離する必要があります。 インピーダンスの不整合の問題や発振を防ぐために、単一のコネクタ ピンに依存しないようにすることが重要です。 安定性を確保し、接触抵抗を最小限に抑えるには、理想的には PCB 上の合計コネクタ ピンの約 30 ～ 40% を占める複数のグランド ピンを使用します。
結論として、PCB グランド プレーンは PCB レイアウトにおいて重要な要素であり、回路基板に最適な機能と利点をもたらすには慎重な設計が必要です。 提供されている設計ガイドラインとヒントは、このプロセスで貴重な助けとなります。 ただし、何か課題に直面した場合は、遠慮なくご相談ください お問い合わせ 専門家の支援とサポートが必要です。
