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개요
고속 PCB 설계는 복잡한 경로에서 신호 무결성을 유지하는 안정적이고 고성능 회로를 만드는 전자 분야에서 매우 중요합니다. 고속 PCB 설계의 기본 구성 요소, 제약 및 접근 방식을 살펴보고 탐구합니다. 기본 레이아웃 규칙과 구성 요소 매개변수를 사용하여 최적의 PCB 효율성을 달성합니다.
고속 PCB 설계란?
오늘날 고속 PCB 설계가 점점 더 보편화되고 있습니다. 이러한 설계를 통해 PCB는 고주파 신호를 원활하게 처리할 수 있습니다. 컴퓨터 , 스마트폰, 라우터 등에서 고속 PCB를 찾아볼 수 있으며, 빠른 데이터 전송이 필요한 모든 장치에 필수적입니다. 그러나 고속 PCB는 제대로 작동하기 위해 세심한 설계가 필요합니다. 신호가 고속 으로 전송되기 때문에 EMI( 전자파 간섭)와 신호 손실이 발생할 수 있습니다. 따라서 레이아웃과 배선이 매우 중요합니다. 신호 흐름은 각 구성 요소에 따라 달라집니다. 5G , AI, IoT 등 의 등장으로 이러한 고속 PCB는 더욱 빠르게 발전해야 할 것입니다.
고속 PCB 레이아웃 설계
개략도
고속 신호 경로에는 세심하고 정확한 PCB 레이아웃 계획이 필수적입니다. 가장 먼저 준비해야 할 것은 명확한 PCB 회로도 입니다 . 이는 설계 문제 해결의 첫걸음입니다. 회로도는 회로의 구조를 보여주므로 모든 것을 쉽게 이해하고 체계적으로 정리할 수 있도록 도와줍니다. 네트 또는 '라인'은 특정 부품들을 연결하는 부분입니다. 정확성을 위해 이러한 네트를 명확하게 표시해야 합니다.
PCB 라이브러리
PCB 라이브러리에서 레이아웃 설계가 더 빠르고 훨씬 쉬워집니다. 회로의 각 구성 요소에 대한 풋프린트가 저장됩니다. 패드 배치 및 부품 피처가 각 풋프린트에 표시됩니다. 모든 풋프린트는 사서가 정확성을 확인합니다. 각각은 검증되고 신뢰할 수 있습니다.
구성 요소
메모리나 이더넷 칩 같은 핵심 부품부터 시작하는 것이 좋습니다. 회로 배치도와 데이터시트를 참고하여 회로를 구성하면 신호 흐름을 깔끔하고 단순하게 유지할 수 있습니다. 그 외에도 수정 발진기 , 콘덴서 , 저항 등 의 부품을 추가해야 합니다.
종단 저항
고속 PCB에서는 조기 종단 저항을 배치해야 합니다. 그리고 이 저항은 신호 흐름을 제어하므로 마지막에 끼우는 것은 문제가 될 수 있습니다. 병렬로 종단하려면 수신기 핀에 인접한 저항을 배치합니다. 신호를 안정화하고 반사를 줄입니다. 직렬 종단의 경우 문자 그대로 드라이버 핀 바로 뒤에 저항을 꽂습니다. 여분의 스터브 길이와 명확한 신호를 피할 수 있습니다.
구성 요소 방향
물론 다른 유사한 구성 요소와 같은 방식으로 정렬해야 합니다. 주로 와이어 연결을 쉽게 할 수 있습니다. 조립하는 동안 납땜도 더 쉬워집니다. 구성 요소는 같은 축에 있을 때 더 잘 맞습니다.
SMT 및 THT 부품 배치
모든 표면 실장 부품(SMD)은 한쪽 면에 배치해야 합니다. 이렇게 하면 레이아웃이 깔끔하고 단순해집니다. 스루홀 부품 은 윗면에 배치하는 것을 권장합니다. 이 구성을 사용하면 시간을 절약할 수 있고, 실수를 방지할 수 있습니다. 레이아웃이 명확하면 PCB 설계 작업이 훨씬 수월해집니다.
아날로그 및 디지털 회로
PCB를 최적으로 설계하려면 아날로그 회로와 디지털 회로를 분리해야 합니다. 즉, 접지 경로가 서로 섞이지 않도록 해야 합니다. 접지 경로가 섞이면 신호가 약해질 수 있습니다.
접지면 분리
엄밀히 말하면, 이는 깨끗한 신호 흐름을 위해 중요합니다. 왜냐하면 많은 샘플 연결 방식이 샘플 지연 시간에서의 위상 변화로 인한 에일리어싱이나 손실 문제를 겪기 때문입니다. 보드 외부에서 사용하기 위해 USB 및 RJ45 커넥터가 사용됩니다. 보드의 접지를 분리하면 노이즈를 방지할 수 있습니다.
서지 억 제기
서지 보호기를 사용하여 회로를 보호하십시오 . 서지 보호기는 전압 서지로 인한 손상을 방지합니다. 서지 보호기는 커넥터의 신호선 가까이에 설치해야 합니다. 이렇게 하면 서지 보호기가 안정적으로 작동하고 효과를 유지할 수 있습니다. 서지 보호기를 비아(via)를 통해 전달하지 마십시오. 비아의 인덕턴스는 성능 저하를 유발할 수 있으므로 바람직하지 않습니다.
고속 라우팅
PCB의 구리 트레이스 는 라우팅을 통해 연결됩니다. 이 트레이스는 회로 넷리스트를 기반으로 연결된 부품들을 연결하도록 정의됩니다. 성공적인 PCB 설계는 효율적인 라우팅에 달려 있습니다. 라우팅은 설계에 영향을 미치고 신호가 원활하게 작동하는지 확인합니다. 고속 신호는 PCB 라우팅을 더욱 어렵게 만듭니다. 고속 신호 라우팅에 대한 모범 사례를 따르면 도움이 될 것입니다. 아래 가이드를 따라 훌륭한 설계를 완성해 보세요. 부품 배치가 완료되면 라우팅을 위한 간단한 설계가 됩니다. 하지만 설계는 상황에 따라 조정이 필요할 수 있다는 점을 염두에 두어야 합니다.
비아와 마이크로비아
또한, 트레이스 길이와 비아 크기 도 고려해야 합니다. 비아의 크기와 깊이도 중요합니다. 때로는 더 작은 비아를 사용함으로써 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다. 또한 신호 손실을 줄이고 데이터 무결성을 유지합니다. 비아의 위치는 크기를 결정할 때 중요한 요소입니다. 비아를 패드에 가깝게 배치하면 불필요한 정전 용량 발생을 방지할 수 있습니다. 비아는 패드 위 또는 내부에 배치할 수도 있습니다.
구멍을 통해
PCB 설계에서 스루홀 비아는 매우 중요합니다. 전류는 한 레이어에서 다른 레이어로 이어지는 구멍을 통해 흐릅니다. 스루홀 비아에는 PTH(도금 스루홀)와 NPTH(비도금 스루홀) 두 종류가 있습니다. PTH 는 내부에 금속 도금이 되어 있는 비아를 말하며, 상단 레이어와 하단 레이어에 분리되지 않습니다. NPTH는 금속 도금이 없는 스루홀입니다.
블라인드
이 구멍들은 한 레이어와 다른 레이어를 연결할 수 있게 해줍니다. 하지만 아쉽게도 기판 전체를 관통하지는 않습니다. 최상층 레이어를 중간 레이어에 연결하거나, 최하층 레이어를 내부 레이어에 연결할 수도 있습니다. 기판을 제작하고 나면 구멍의 반대쪽 끝은 보이지 않기 때문에 블라인드 비아라고 부릅니다. 블라인드 비아는 PCB에서 공간을 절약해 줍니다. 더 작고 컴팩트한 PCB를 만들고 싶다면 일반 비아 대신 블라인드 비아를 사용하세요.
매장
PCB 내부에는 비아(via)가 있습니다. 보드의 내부 레이어들은 이 비아를 통해 연결됩니다. 외부에서는 비아가 보이지 않습니다. 비아는 외부 레이어까지 이어지지 않습니다. 매몰형 비아는 회로 기판의 표면적을 줄여주고, 표면에 더 많은 트레이스를 배치할 공간을 확보해줍니다. IPC 표준에 따르면 비아는 크기가 작아야 하며, 직경은 6mil 이하이어야 합니다. 이러한 크기 덕분에 보드가 손상되지 않고 유지될 수 있습니다.
마이크로비아
마이크로비아는 PCB에 있는 아주 작은 구멍입니다. 제조 과정에서 레이저를 사용하여 만들어집니다. 일반 비아는 마이크로비아보다 직경이 훨씬 큽니다. 고밀도 상호 연결(HDI) PCB에는 거의 항상 이러한 비아가 사용됩니다. 일반적으로 마이크로비아는 두 층 깊이 이하로 만들어집니다. 이는 비아 내부에 구리 도금을 하는 것이 매우 까다롭기 때문입니다. 비아 크기가 작을수록 도금 에 필요한 강도가 더 높아집니다.
패드를 통해
비아 인패드는 납땜 시 솔더 페이스트 누출을 방지하기 위해 트레이스가 패드에서 멀어지도록 설계된 일반 비아와는 다릅니다. 비아인패드는 패드를 먼저 비전도성 에폭시로 덮은 후 캡핑 및 도금하여 주변 패드 영역을 그대로 유지합니다. 이 설계는 신호 경로를 단축하여 기생 인덕턴스 와 커패시턴스를 최소화하므로 PCB에 더 작은 부품을 장착할 수 있으며 BGA 부품 에 이상적입니다 . 신호 반사를 줄여 신호 성능 저하를 방지하기 위해 제거되지 않은 비아를 모두 제거하는 백 드릴링 작업이 종종 사용됩니다.
고속 PCB 설계 시 고려해야 할 사항
고속을 설계하기 위해 우리는 빠른 디지털 신호를 사용합니다. 이러한 신호는 구성 요소가 쉽고 빠르게 데이터를 공유하도록 합니다. 고속 PCB에 대해 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.
스택업 및 임피던스
PCB 스택업을 설계할 때 레이어 수는 중요한 고려 사항 중 하나입니다. 모든 디지털 신호를 전송할 수 있도록 충분한 레이어가 필요합니다. 일부 설계 방법은 수학적 계산뿐 아니라 고속 보드 설계 경험도 필요로 합니다. 보드 크기는 BGA 또는 LGA 풋프린트를 사용하는 대형 IC에 영향을 미칠 수 있습니다. BGA의 경우 일반적으로 신호 레이어당 두 줄을 사용할 수 있습니다. 전원 및 접지면 의 라인 수도 잊지 말고 계산해야 합니다 . 스택업은 배선 시간을 단축할 뿐만 아니라 임피던스에도 영향을 미칩니다. 모든 스택업에는 고속 신호, 전원 및 접지 레이어가 포함됩니다.
보드 크기 및 순 개수
따라서 고속 PCB를 설계할 때는 보드 크기도 고려해야 합니다. 얼마나 크게 원하시나요? 가장 큰 차이점은 크기입니다. 보드가 클수록 작업해야 할 것이 더 많아집니다. 구성 요소를 분산시키기 쉽습니다. 여유 공간이 있으면 물건이 작아지므로 라우팅 네트가 훨씬 쉬워집니다. 다음으로 네트 수를 고려하세요. 연결해야 할 네트가 몇 개인가요? 네트가 많을수록 연결도 많아집니다. 층이 적을수록 물건을 깔끔하게 유지하는 데 도움이 되고 층이 적습니다.
라우팅 밀도
네트 수가 많아지면 상황이 복잡해집니다. 작은 보드는 작업 공간이 부족합니다. 하지만 표면 배선 공간도 부족할 수 있습니다. 이런 경우 내부 레이어를 더 많이 사용해야 합니다. 그러면 드리프트가 더 촘촘해져서 배선이 더 어려워집니다. 하지만 이렇게 하면 작은 보드에서 달성할 수 있는 배선 밀도를 최대한 높일 수 있습니다. 따라서 철저한 계획이 필요합니다. 모든 것을 한 곳에 모아두는 것이 핵심입니다. 설계 단계에서 이러한 문제들을 피하도록 노력해야 합니다.
인터페이스 수
레이어당 인터페이스는 한두 개만 사용하는 것이 좋을 수도 있습니다. 이는 버스 폭과 보드 크기에 따라 달라집니다. DNN 애플리케이션의 많은 부분과 마찬가지로, 신호를 같은 레이어에 유지하는 것이 매우 중요합니다. 이렇게 하면 모든 신호의 임피던스가 일정해집니다. 이는 스큐를 줄이는 데에도 중요합니다 . 스큐는 설계에서 타이밍 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 레이어당 인터페이스 수를 줄이는 것이 좋습니다.
저속 및 RF 신호
이러한 신호는 표면 층 공간을 차지할 수 있습니다. 이는 고속 버스 또는 중요한 구성 요소에 이 공간을 더 잘 활용할 수 있습니다. 이러한 신호를 추가하려면 추가 내부 층이 필요할 수 있습니다. 물론 더 많은 층을 추가하면 보드 비용과 복잡성이 증가할 수 있습니다. 따라서 신중하게 계획하십시오. 또한 저속 신호는 노이즈가 많습니다. 어느 정도 영향을 미치면 이 노이즈가 고속 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이러한 신호를 적절히 격리합니다.
Power Integrity
이는 회로에 안정적인 전원을 공급하는 데 도움이 됩니다. 각 전압 레벨에는 대용량 전원 및 접지면이 사용됩니다. 이러한 접지면은 서로 가까운 층에 배치해야 합니다. 또한, 이는 정전 용량을 증가시켜 안정적인 전원 공급을 가능하게 합니다. 디커플링 커패시터 도 반드시 포함해야 합니다. 디커플링 커패시터는 전압을 평활화하는 데 도움을 줍니다.
PCB 재료 옵션
대부분의 전자제품은 PCB 재질로 FR4를 사용합니다. 하지만 FR4는 고주파 신호, 특히 마이크로파를 처리하는 데 적합하지 않습니다 . 고주파에 적합한 재질로는 PTFE나 로저스(Rogers) 재질 등이 있습니다. 아래는 각 주파수 대역에 가장 적합한 재질을 정리한 것입니다.
일반 속도 및 손실에 대해
일반적인 속도의 PCB에는 FR-4가 유일한 재질입니다. 이는 널리 사용되고 구하기 쉬운 재질이지만, 완벽한 것은 아닙니다. 유전 상수가 주파수에 따라 크게 변하고 손실도 더 큽니다. 이러한 특성 때문에 수 GHz 대역의 애플리케이션에만 적합합니다. Isola 370HR 이 이러한 재질의 대표적인 예입니다.
중간 속도, 중간 손실
이러한 소재는 일반 속도 소재보다 우수한 성능을 제공합니다. 주파수 전반에 걸쳐 유전 상수 분포가 더욱 평탄하여 변동이 적고 부하가 낮아지며 성능이 향상됩니다. 또한 유전 손실이 일반 속도 소재의 절반 수준이기 때문에 전력 손실도 적습니다. 이러한 소재는 최대 약 10GHz의 신호 전송에 사용할 수 있습니다. Nelco N7000-2 HT가 좋은 예입니다.
고속, 저손실용
이 소재들은 PCB에 사용하기에 매우 적합합니다. 유전 상수 곡선이 평탄하여 다른 주파수 대역에서도 성능이 향상됩니다. 또한 유전 손실이 낮아 불필요한 전기적 노이즈가 적어지므로 신호가 더욱 깨끗하고 강해집니다. Isola I-Speed가 좋은 예입니다.
매우 높은 속도, 매우 낮은 손실
이러한 용도에는 특수 소재가 필요합니다. RF 및 마이크로파 분야 에서는 최고급 소재가 사용됩니다. 이 소재들은 유전 상수 곡선이 가장 평탄하고, 다양한 주파수 대역에서 우수한 성능을 보이며, 유전 손실 또한 가장 적습니다. 따라서 신호를 강력하고 깨끗하게 유지할 수 있습니다. 이러한 소재는 최대 20GHz 대역까지 사용 가능합니다. 이솔라 타키온 100G가 이러한 소재의 한 예입니다.
레이어 수와 두께
고속 PCB를 설계할 때 레이어 수와 두께가 떠오릅니다. 모든 디지털 신호에 충분한 레이어가 필요합니다. 약간의 수학과 경험이 도움이 될 것입니다. 그러나 BGA 또는 LGA 풋프린트 IC는 보드 크기를 변경할 수 있는 대형 IC가 될 수 있습니다. BGA 팬아웃의 경우 행당 두 행의 신호 레이어를 장착할 수 있습니다. 또한 전원 및 접지 레이어도 잊지 마세요. 마이크로비아는 공간을 절약하므로 레이어 수를 줄일 수 있습니다. 또한 라우팅 밀도를 높일 수 있습니다. 이를 통해 설계의 효율성도 높아집니다. 마이크로비아의 경우 더 작고 처리 능력도 향상됩니다. 이러한 부품이 없다면 장치가 훨씬 더 둔중하고 혁신성이 떨어질 것입니다.
고속 PCB 설계 과제
트레이스 길이 튜닝
신호 동기화를 위해서는 트레이스 길이를 조정해야 합니다. 길이가 맞지 않으면 인터페이스가 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 특히 고주파수 대역에서는 더욱 중요합니다. 병렬 인터페이스의 경우 트레이스 길이만 고려하면 되지만, 조정 공간이 제한적일 수 있습니다. 직렬 인터페이스에서는 신호가 차동 쌍으로 그룹화됩니다. 이 때문에 튜닝이 더욱 복잡해집니다. 각 신호가 서로 매우 가까워야 하므로, 길이 차이가 특정 범위 내에 있어야 합니다. 정렬 불량은 신호 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 CPU나 FPGA 의 지연 시간도 고려해야 합니다.
단일 종단 임피던스와 차동 임피던스를 반드시 확인해야 합니다. 개별 트랙은 단일 종단 임피던스를 사용하고, 쌍으로 연결된 트랙은 차동 임피던스를 사용합니다. 각 인터페이스 유형에는 표준 임피던스 값이 있습니다. 이 외에도 몇 가지 흔하지 않은 임피던스 유형이 있습니다. 차동 임피던스는 홀수 모드 임피던스의 절반입니다. 신호가 동일한 경우 공통 모드 임피던스라고 하며, 공통 모드 값은 짝수 모드 값의 절반입니다. 이러한 값은 드물지만 알아두면 유용합니다. 임피던스가 잘못되면 신호 반사가 발생할 수 있으며, 특히 이러한 장치를 통해 고전력이 흐를 때 신호 품질이 저하되고 노이즈가 발생할 수 있습니다.
트랙 모양 및 굽힘
소스에서 수신기까지 직선 트랙이 없는 경우가 많습니다. 종종 트랙을 구부려야 합니다. 모서리 옵션이 가장 좋고 둥글게 되어 있습니다. 날카로운 굽힘에서 문제가 발생합니다. 훌륭한 트랙을 깔 시간이 생깁니다. 각 트랙마다 여러 번 각 트랙을 그릴 수 있습니다. 90도 굽힘은 사용하지 마세요. 문제가 발생합니다. 굽힘은 트랙 너비를 변경합니다. 그리고 이는 임피던스에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 반사가 발생할 수 있습니다. 차동 쌍의 비결합 길이가 향상됩니다.
종료
한 가지 특정한 방법은 병렬 종단인데, 이는 차동 트랙 쌍을 저항 사이에 배치하는 방식입니다. 이 저항은 회선의 끝, 수신기에 가까운 곳에 위치해야 합니다. 이렇게 하면 적절한 종단 과정에서 신호 반사를 줄여 데이터 전송 품질을 향상시킬 수 있습니다. 차동 트랙 쌍의 경우 저항 값은 동일해야 합니다. 저항 값이 너무 낮으면 신호가 과종단되어 신호 품질이 저하될 수 있습니다. 일부 IC에는 내장 종단 저항이 있습니다 . 내장 저항이 없는 경우 외부 저항을 사용할 필요가 없습니다. 외부 저항을 사용하면 과종단이 발생할 수 있기 때문입니다.
접지 및 비아
일반적으로 단일 레이어에서 신호를 추적하는 것은 불가능하므로 PCB 레이어 간 트레이스를 연결하기 위해 비아가 필요합니다 . 그러나 비아가 신호 비아 바로 옆에 위치하지 않으면 접지 기준이 손상되어 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, 비아의 수가 너무 많으면 높은 전류 밀도로 인해 과열될 수 있습니다. 비아 사이에는 충분한 간격이 있어야 합니다. 하지만 비아가 제대로 설계되지 않으면 임피던스 문제로 인해 신호 무결성이 손상될 수 있습니다.
구성요소 배치
좁은 공간에서는 유사한 부품들을 한데 모으는 것이 까다롭습니다 . 디지털 부품과 아날로그 부품을 서로 다른 접지 영역에 배치하는 것은 어렵고, 반드시 그렇게 유지되어야 합니다. 또한, 짧은 트레이스를 위한 충분한 공간을 확보해야 하므로 배치도 복잡해집니다. 뿐만 아니라, 전력 변환기와 같은 간섭원으로부터 부품을 멀리 떨어뜨려야 합니다. 더 나아가, 고속 부품을 기판 가장자리에 너무 가깝게 배치하면 양질의 신호 품질을 확보하기에 충분하지 않습니다.
지면 폴리곤 배치
절단부나 분기부 위로 트랙을 연결하지 마십시오. 이로 인해 추가적인 노이즈와 신호 지연이 발생할 수 있습니다. 또한, 트랙 무결성 문제나 신호 품질 저하가 발생할 수도 있습니다. 폴리곤 분기부를 가로 지르는 모든 트랙에는 세라믹 스티칭 커패시터를 사용하십시오. 이는 신호에 미치는 역효과를 줄여줍니다.
크로스토크 관리
고속 PCB 설계에서 문제가 될 수 있는 것은 트랙 간의 신호 간섭입니다. 한 트랙의 신호가 인접한 트랙에 영향을 미치는데, 특히 트랙들이 긴 구간 동안 평행하게 이어져 있는 경우, 특히 산악 지형과 같은 곳에서 이러한 현상이 자주 발생합니다. 평행 구간이 길수록 크로스토크는 더욱 심해집니다. 크로스토크를 줄이는 한 가지 방법은 트랙 간 간격을 트랙 폭의 최소 세 배 이상으로 유지하는 것입니다. 차동 쌍의 경우, 트랙 폭의 다섯 배 간격을 유지해야 합니다. 차동 쌍이 클록 신호를 전송하는 경우에는 트랙 폭의 8~10배 간격을 유지하는 것이 좋습니다. 또한, 비동기 신호는 고속 트랙에서 멀리 떨어뜨려 배치해야 하며, 이 부분에 특히 주의를 기울여야 합니다.
부품 배치를 위한 고속 PCB 설계 가이드라인
고속 PCB를 설계할 때는 표준 부품의 한계와 함께 부품을 가장 효율적으로 배치하여 최적의 성능을 발휘하고 가능한 한 신뢰할 수 있도록 하는 방법에 대한 지침을 고려해야 합니다.
명확한 신호 반환 경로 보장
상상할 수 있듯이, 접지면 신호 복귀 경로에 대한 여유 공간을 확보하는 것이 중요합니다. 신호 저하를 최소화함으로써 신호가 소스로 효율적으로 복귀하는 데 도움이 되어 전반적인 신호 무결성이 향상됩니다.
적절한 채널 간격 제공
고밀도 데이터와 메모리 버스 신호를 위한 공간을 마련하여 최소한 라우팅을 허용합니다. 적절한 분리는 고속 데이터 흐름을 유지하는 데 필요한 크로스토크와 간섭을 제거하는 데 도움이 됩니다.
아날로그와 디지털 영역을 분리
아날로그 및 디지털 구성 요소는 간섭을 방지하기 위해 물리적으로 분리되어야 합니다. 이렇게 분리하면 민감한 신호에서 디지털 노이즈를 최소화할 수 있어 두 회로의 성능이 향상됩니다.
고속 신호 경로 단축 및 임피던스 추적
구성 요소를 전략적으로 배치하여 고속 신호 경로가 단축되도록 합니다. 짧은 경로는 트레이스 임피던스를 줄이는 데 도움이 되어 신호 품질을 개선하고 데이터 전송 속도를 높입니다.
제조업체의 데이터시트를 따르세요
특정 배치 지침과 가이드라인에 대해서는 항상 제조업체의 데이터시트를 참조하세요. 이러한 문서의 통찰력과 권장 사항은 사용 중인 구성 요소와 직접 관련이 있으며 설계에서 최상의 성능을 발휘하도록 하는 것을 목적으로 합니다.
라우팅을 위한 고속 PCB 설계 가이드라인
고속 PCB 설계에서는 설계에 많은 수의 경로를 연결하는 것이 올바르게 이루어지지 않으면 신호 무결성과 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
디자인 규칙을 완벽하게 적용
선로 길이, 간격, 차동 쌍과 같은 설계 규칙과 제약 조건을 완벽하게 구현하는 것이 중요합니다.
지역 규칙 및 출입 금지 구역 설정
따라서 필요한 모든 구역 규칙을 설정하고 특정 라우팅 요구 사항을 충족하는 구역을 차단하세요. 그러면 다른 쪽의 간섭을 피하고 보드의 다른 쪽에서 방해 신호를 잃게 됩니다.
짧고 직접적인 라우팅 경로 우선 순위 지정
가능한 한 직접적이고 짧은 라우팅 경로로 작업해 보세요. 신호 지연이 줄어들고 간섭이 최소화되어 짧은 경로를 사용할 때 전반적인 신호 고속 신호 성능이 향상됩니다.
접지면 공극을 통한 라우팅을 피하십시오
접지면의 공극이나 단절 위로 트랙을 통과해서는 안 됩니다. 이러한 문제는 전자기 간섭(EMI) 또는 임피던스 불일치를 발생시키고 신호 품질을 저하시킬 수 있습니다.
추가 여유 공간 제공
다른 라우팅으로부터 클록 라인과 차동 쌍에 여분의 여유 공간을 제공합니다. 최적의 분리 라인(신호와 참조 레이어 사이의 충분히 큰 유전체 두께로 제공)은 유전체 두께의 3배입니다.
고속 전송 회선 할당
지정된 레이어를 고속 전송선로에 라우팅한 다음, 복귀 경로를 인접한 참조 평면에 한 레이어 라우팅합니다.
레이어 변경 최소화
고속 회선에서는 레이어를 변경하지 마십시오. 레이어가 변경되면 리턴 경로 비아를 추가하여 전류 루프를 최소화하고 리턴 전류 경로를 가능한 한 직접적으로 유지합니다.
병렬 고속선은 피하세요
고속 전송선을 병렬로 실행하면 회선 간에 원치 않는 혼선이 발생할 수 있습니다.
브로드사이드 크로스토크 방지
특히 동일 레이어에서 나란히 지나가는 트레이스 사이의 간격보다 이중 스트립라인 트레이스 사이의 간격이 좁은 경우, 이중 스트립라인 트레이스 간의 광범위한 누화 에 주의해야 합니다.
더 넓은 흔적을 활용하세요
이렇게 하면 임피던스도 감소하고 신호 품질 개선에 도움이 됩니다. 하지만 이 접근 방식이 설계 요구 사항에서 괜찮은지 확인하세요.
비아 최소화
인덕턴스를 낮추려면 신호 무결성 제약 조건 내에 머무르고 가능한 최소한의 비아만 사용하세요. 대부분의 경우 비아는 필요하지 않지만 필요한 경우 블라인드, 매립형 또는 마이크로비아를 사용하여 신호 반사를 줄일 수 있습니다.
밀집된 클러스터를 피하세요
탈출 비아의 밀집된 클러스터는 접지 평면에서 리턴 경로를 정리하기 어렵게 만들 수 있으므로 주의해서 다루어야 합니다. 이렇게 하면 전체 신호 무결성이 깨끗하게 유지됩니다.
관련 FAQ 고속 PCB 설계
인쇄 회로 기판 설계가 고속으로 간주되는 경우는 언제인가?
고속 PCB는 빠른 데이터 전송을 위해 HDMI , 이더넷, USB와 같은 연결 포트를 갖추고 있습니다. 또한 고속 인터페이스를 통해 연결된 여러 하위 회로가 있는 경우에도 고속 PCB라고 할 수 있습니다. 트랙 길이는 신호 상승 시간의 최소 3분의 1 이상이어야 합니다. 더 나아가 디지털 신호 주파수가 50MHz 이상이면 고속 PCB입니다. PCB 크기가 작아서 부품을 넣을 공간이 부족한 경우에도 고속 설계라고 볼 수 있습니다.
왜 접지에 바이패스 커패시터를 추가해야 합니까?
이들은 공통 모드 귀환 전류가 소스로 복귀하는 경로입니다. 전류 루프를 효율적으로 완료하는 데 도움이 됩니다. 여기서 중간 지점 접지의 유용성이 나타나는데, 차동 전류 흐름을 방해하고 싶지 않기 때문입니다. 이러한 전류 중 일부는 스트레이 커패시턴스를 통해 복귀합니다. 차동 시스템에서는 스트레이 전류를 제거하기 위해서도 커패시터가 필요합니다.
고속 설계가 필요한지 어떻게 알 수 있나요?
고속 설계가 필요한지 확인하려면 몇 가지 사항을 확인해야 합니다. 먼저 보드에 DDR, HDMI와 같은 고속 인터페이스가 있는지 확인하십시오. 고속 인터페이스가 있다면 설계에 따른 특별한 규칙을 따라야 합니다. 다음으로, 트레이스의 길이와 신호 파장의 길이를 비교하십시오. 길이가 같다면 고속 설계가 필요할 가능성이 높습니다. 마지막으로, PCB에 안테나 와 무선 인터페이스가 있다면 고속 신호로 배선해야 합니다.
맺음말
PCBTok 블로그 에서는 고속 PCB 설계에 필요한 핵심 사항들을 다뤘습니다 . 부품 배치, 배선 팁, 명확한 신호 경로 설정 등이 포함되었으며, 고속 설계에서 흔히 발생하는 문제점들을 살펴보고 성능 및 신호 무결성을 향상시키는 방법도 제시했습니다.
