PCB設計では20Hルールについて知っておく必要があります。このルールは、電源プレーンのエッジを信号層のエッジから離す必要があるというものです。少なくとも誘電体の高さの20倍離す必要があります。これにより電磁干渉が低減され、信号の整合性も向上します。20Hルールを適用することで回路の静粛性が向上し、回路の動作がスムーズになり、信頼性も維持されます。
主要なポイント（要点）
20Hルールでは、電源プレーンのエッジはグランドプレーンのエッジから離す必要があるとされています。少なくとも誘電体の高さの20倍の距離が必要です。この距離は電磁干渉を防ぐのに役立ちます。また、信号品質も向上します。
20Hルールを適用すると、PCBはEMI試験に合格しやすくなります。電界を基板内部に維持することで、不良信号が基板の動作に悪影響を与える可能性を低減します。
20Hルールは信号品質を向上させます。ノイズやグリッチを低減し、高速信号がPCB上をスムーズに流れるようになります。
20Hルールを適用する際は、適切なスタックアップとレイアウトが重要です。スマートな設計により、適切なスペースを確保できます。また、ボードの性能が向上し、寿命も長くなります。
常にテストしてください PCB設計 20Hルールを適用した後。これは設計が適切に機能しているかどうかを確認し、問題を早期に発見して修正するのに役立ちます。
PCB設計における20Hルール
20Hの定義
PCB設計における20Hルールとは何かと疑問に思う方もいるかもしれません。20Hルールとは、基板上の電磁干渉を防ぐためのガイドラインです。電源プレーンのエッジは、誘電体層の高さの少なくとも20倍、グランドプレーンのエッジから離す必要があります。このスペースは、不要な信号がPCBのエッジから漏れる可能性を低減するため重要です。20Hルールを適用すると、電界が基板内部に維持されます。これにより、設計の精度が向上し、回路が正常に動作し続けます。20Hルールは、立ち上がり時間や立ち下がり時間が1ナノ秒未満など、高速信号や急激な電流変化を扱う場合に非常に役立ちます。
ヒント： クロストークを低減し、電磁両立性を向上させたい場合は、電源プレーンとグラウンドプレーン間のスペースを常に確認してください。20Hルールは、これを簡単に確認する方法です。
起源と目的
20Hルールは偶然に生まれたものではありません。このアイデアは1980年にW・マイケル・キング氏が初めて提唱しました。その後、マーク・I・メルトローズ氏が著書でさらに詳しく説明しました。現在では多くのエンジニアが、このルールをEMI設計の標準的な要素として活用しています。20Hルールは、現代のPCB設計で発生する問題を解決するために活用されています。20Hルールが役立つ主な問題は以下の通りです。
It 電磁干渉を低減するのに役立ちますこれは、動作周波数が高くなるにつれて悪化します。
高速 PCB プロジェクトで EMI を削減する簡単な方法として使用できます。
このルールは実際のデータとコンピューター モデルでテストされており、不要な信号を阻止するのに有効であることが示されています。
業界標準では20Hルールについて言及されていることにも気づくでしょう。これらの規格では、高速信号トレースとリファレンスプレーン間の間隔を、プレーン上のトレース高さの20倍以上確保する必要があるとされています。これによりクロストークが抑制され、PCBの動作が良好に保たれます。20Hルールでは、電源層とグラウンド層の間にも十分な間隔を確保することも求められています。これにより、エッジからの放射が抑制され、設計の電磁両立性が向上します。
PCBにとって20Hが重要な理由
EMI削減
PCBは電磁干渉（EMI）試験に合格する必要があります。20hルールは、その実現に役立ちます。20hルールに従うことで、電源プレーンのエッジをグランドプレーンのエッジから離すことができます。このスペースにより、強い電界が基板から漏れるのを防ぎます。電界が外部に届かないため、EMI（電磁干渉）が軽減されます。
下の表は、20時間ルールが放射放出をいかに低減するかを示している。 多層基板の場合:
PCB設計 | 放射エミッション（dB） |
|---|---|
20-Hルール | 3.6〜4.4 |
20-Hルールなし | 0（ベースライン） |
TM1Oモード | 7（差） |
20時間ルールを適用すると、最大4.4dBの放射を削減できます。これにより、PCB設計が厳しいEMI規格を満たす可能性が高まります。また、基板が他のデバイスに問題を引き起こすリスクも軽減されます。
注意： 排出量が少ないということは、製品の安全性と信頼性が高まることを意味します。
シグナルインテグリティの利点
基板上を伝わる信号は、常にクリーンな状態を保つ必要があります。20時間ルールは、信号を強くクリアに保つのに役立ちます。電源プレーンとグラウンドプレーンを誘電体の厚さの20倍以上離すことで、フリンジ放射を抑制できます。これにより、エネルギーは基板内部に留まり、エッジから遠ざかります。
回路内のグリッチやノイズが減少し、高速信号の伝送ロスが低減します。これにより、特に高速チップや繊細な部品を使用する場合、PCBの動作が向上します。優れた信号整合性とは、電源を入れるたびに期待どおりに動作することを意味します。
PCBにおける20Hの働き
20Hの原則
PCB設計における電界の挙動を制御するには、20hの原則を用います。このルールは電磁両立性（EMC）の考え方から生まれたもので、電源プレーンのエッジをグランドプレーンのエッジから誘電体の高さの少なくとも20倍離すように指示しています。こうすることで、電界の大部分を基板内に留めることができます。電界が外部に漏れて問題を引き起こすのを防ぐことができます。
20 時間の原理は、立ち上がり時間や立ち下がり時間が 1 ナノ秒未満など、電流の変化が速い場合に最適に機能します。
ボード内に電源プレーンを配置し、その周囲にグランド層を配置する必要があります。
この設定により、信号ラインを静かで安定した状態に保つことができます。
20時間ルールに従えば、ボードの安全性と信頼性が向上します。また、回路が厳しいEMIテストに合格しやすくなります。
エッジ放射抑制
層のエッジから電界が逃げるのを防ぎたい場合、20hルールは電界をグランドプレーン内に閉じ込めることでこれを実現します。電源プレーンを20h後退させると、電界の約70%を閉じ込めることができます。さらに100h後退させると、最大98%を閉じ込めることができます。
後退距離 | 電界閉じ込め |
|---|---|
20H | 〜70％で |
100H | 〜98％で |
最大のメリットは 高速PCB設計RF、通信、車載用ボードなど。このルールの適用方法は次のとおりです。
電源プレーンをグランドプレーンの端から 20h インデントします。
このステップにより、エッジ放射が 30 ～ 40 dB 削減されます。
信号をクリーンに保ち、ボードの静音性を確保します。また、配線が不要なノイズを拾わないようにします。20時間ルールは、パフォーマンスを向上させ、EMIを抑制するための簡単な方法を提供します。
PCB設計における20Hの適用
スタックアップガイドライン
多層PCB設計において20Hルールを適用するには、適切なスタックアップを選択する必要があります。スタックアップは、各層がどのように連携し、基板が電磁干渉をどの程度制御するかを決定します。スタックアップの主なソリューションは、以下の2つです。
解決策 | 詳細説明 |
|---|---|
最初の解決策 | 基板上に多くのチップがある場合に使用します。グランド層を、最も配線の多い信号層の隣に配置します。この配置は 信号の整合性を向上 放射の抑制にも役立ちます。また、電源プレーンのエッジをグランドプレーンのエッジから離すことで、20Hルールも遵守しています。 |
XNUMX番目のソリューション | チップ数が少なく、周囲に十分なスペースがある基板に適しており、グランド層を外側に、信号層と電源層を中央に配置します。この構造は信号をシールドし、インピーダンスを制御します。4層基板のEMI制御に最適です。 |
Additional Notes | 信号層と電源層の距離を広げます。クロストークを避けるため、トレースの方向は垂直にします。20Hルールに適合するように基板面積を調整します。良好な導電性を確保するため、電源とグランドの銅配線を接続します。 |
ヒント：配線を始める前に、必ずスタックアップを確認してください。適切なスタックアップは、20Hルールの遵守と基板の静粛性維持に役立ちます。
レイアウトに関する考慮事項
20Hルールを使用する場合は、レイアウトの細部に注意を払う必要があります。このルールは、電源層とグラウンド層間の電界を制御するのに役立ちます。電源プレーンを20Hだけ内側に縮小します。これにより、電界の大部分がグラウンドエッジの内側に保たれ、電磁干渉が低減されます。
重要なレイアウト手順は次のとおりです。
高速設計におけるプレーン結合を減らすには、20H ルールを適用します。
電源プレーンがグランドプレーンより少なくとも 20H 小さいことを確認します。
この方法は、RF エネルギーの漏洩を制限し、電磁両立性を向上させます。
よくある落とし穴にも注意が必要です。
メッキのボイドやギャップにより電流の流れが止まり、故障の原因となる可能性があります。
スライバーは、望ましくない接続を形成してショートを引き起こす可能性があります。
パッド間のはんだマスクがないと、はんだブリッジが発生する可能性があります。
酸トラップはエッチング中に接続を弱める可能性があります。
電磁干渉が多すぎると、製品が故障する可能性があります。
銅とエッジの間隔が十分でないと、ショートや腐食が発生する危険があります。
注：レイアウトとスタックアップを慎重に選択することで、20Hルールを最大限に活用できます。PCB設計の強度と信頼性を維持できます。
PCBにおける20Hの利点
EMIコントロール
あなたが欲しい EMIテストに合格するPCB あらゆる環境で優れた性能を発揮します。20Hルールは、電磁干渉を抑制するための強力なツールとなります。電源プレーンのエッジを誘電体の高さの20倍後退させることで、電界の大部分を基板内に閉じ込めることができます。このステップにより、基板がアンテナのように動作することを防ぎます。
20Hルールを適用すると、実際の効果を実感できます。エンジニアたちは、このルールを適用した場合と適用しない場合の排出量の違いを測定しました。主な結果は以下のとおりです。
増加が見られます 3.6 dB 20H ルールを使用する場合、TM10 モードでの排出量が減少します。
TM10 モードでは、測定された放射が理論予測値と約 7 dB 異なる場合があります。
これらの数値は、20HルールがEMI制御に真の効果をもたらすことを示しています。ボードが他のデバイスに問題を引き起こすリスクを低減し、厳しい業界規格への適合も容易になります。
ヒント： EMIが低いということは、製品がコンプライアンステストに不合格になる可能性が低いことを意味します。認証取得にかかる時間と費用を節約できます。
強化されたパフォーマンス
回路を高速に動作させつつ、信頼性を維持したいとお考えですか？20Hルールは、この目標達成に役立ちます。電界を基板内部に維持することで、信号を外部ノイズから保護します。高速信号はPCB上を伝送される間、クリーンな状態を保ちます。
信号整合性も向上します。つまり、データはグリッチやロスなく転送されます。高速チップや繊細な部品を搭載していても、ボードは期待通りに動作します。エラーやダウンタイムも減少します。
20H ルールがパフォーマンスを向上させる方法をいくつか紹介します。
信号パスを安定させ、クロストークを低減します。
余分なノイズを発生させずに、ボードが高速処理できるようにします。
厳しい環境でも設計をより堅牢にします。
20Hルールを適用することで、より長寿命で高性能なPCBを構築でき、市場における製品の真の優位性を獲得できます。
20Hルールの制限
20Hが役に立たない場合
こう思うかもしれません 20Hルールは必ずPCBを良くするしかし、このルールを適用するのが難しい場合もあります。基板によっては、20Hルールの適用が難しい場合があります。多層設計では、多くの接続とトレースが必要になります。電源プレーンとグラウンドプレーンの間に十分なスペースを確保するのが難しい場合があります。また、多層構造の小型基板では、配線面積が急速に減少します。インセット距離が過度に占有され、信号用のスペースが少なくなってしまう場合があります。
一般的な制限事項を示す表を以下に示します。
制限 | 説明 |
|---|---|
インセット距離 | 特に多層設計の場合、適切なインセット距離を取得するのは困難です。 |
電磁干渉（EMI） | 20H ルールを誤って使用すると、EMI の問題が悪化する可能性があります。 |
ルーティングエリア | 十分なルーティング領域を維持するのは困難であり、特にインセットに多くのスペースが必要となる小型の多層 PCB では困難です。 |
20Hルールを適用する前に、基板のサイズと層数を確認してください。場合によっては、EMI対策と配線スペースの確保のバランスを取る必要があります。
トレードオフと誤解
20Hルールは電源バスからの放射を常に低減すると主張する人もいますが、必ずしもそうではありません。このルールは、場合によっては電源プレーンからの放射を増大させる可能性があります。このルールを適用する前に、ボードの動作原理を理解する必要があります。
多くの設計者は、トレースの90度曲げは必ず問題を引き起こすと考えています。しかし、こうした曲げの影響は設計によって異なります。場合によっては、シグナルインテグリティに悪影響を与えないこともあります。ガードトレースも常に同じように機能するとは限りません。常に効果があると思われるかもしれませんが、結果はボードごとに異なります。
よくある誤解を解く表を以下に示します。
誤解 | 明確化 |
|---|---|
20H ルールは、電源バスからの放射を削減します。 | 20H ルールを使用すると、電源プレーンの放射が高くなる場合があります。 |
トレースの 90 度曲げは常に有害です。 | 90 度曲げの効果はデザインごとに異なります。 |
ガード トレースは常に効果的です。 | ガード トレースは、一部の設計でのみ適切に機能します。 |
ルールに従うだけではいけません。必ず設計をテストし、シミュレーションツールを使用してEMIや信号の問題がないか確認してください。綿密な計画を立てることで、ミスを防ぎ、より良いPCBを作成できます。
PCBにおける20Hのベストプラクティス
デザインのヒント
PCBを正常に動作させ、EMI試験に合格させたいとお考えですか？20Hルールを正しく適用するには、いくつかの簡単な設計ヒントに従う必要があります。まず、電源プレーンをグランドプレーンよりも常に小さくします。これにより、電界を基板内部に閉じ込めることができます。また、電源プレーンのエッジは、グランドプレーンのエッジから誘電体の厚さの少なくとも20倍離す必要があります。この間隔により、層間の結合が低減され、干渉が抑えられます。
電源プレーンをグランドプレーンよりも小さくします。
電源プレーンのエッジは、グランド プレーンのエッジから誘電体の厚さの少なくとも 20 倍離してください。
ヒント：配線を始める前にスタックアップを確認してください。適切な計画を立てることで、信号線の問題を回避し、基板の静音性を維持することができます。
高速ボードを設計する際には、これらのヒントを活用してください。 信号をきれいに保つ ノイズを低減します。また、基板が多層構造でも問題なく動作するか確認します。
実際のユースケース
20Hルールは、多くの実際のPCBプロジェクトで実際に使用されています。エンジニアはこのルールを用いて電磁放射を低減します。このルールを正しく適用することで、電界の大部分を基板内に閉じ込めることができます。このステップにより、基板は厳しいEMC試験に合格しやすくなります。
所見 | 詳細説明 |
|---|---|
有効性 | 20H ルールは、正しく適用すれば電磁放射を減らすことができます。 |
誤用 | 誤って使用すると、放射線量が増加し、新たな問題が発生する可能性があります。 |
内部反射 | アプリケーションにより内部反射が増加し、パフォーマンスに影響する可能性があります。 |
あなたがすべき 起源と目的を理解する 20Hルールを使用する前に、そのルールをよく理解しておいてください。このルールを誤って適用すると、解決するどころか、より多くの問題を引き起こす可能性があります。実際には、エンジニアは電源プレーンを後退させてもEMCの問題は発生しないことを発見しています。20Hルールを使用して基板を改善することは可能ですが、最良の結果を得るには、設計を確認し、配線をテストする必要があります。
注：20Hルールを適用した後は、必ず基板をテストしてください。慎重な設計とテストは、ミスを防ぎ、信頼性の高いPCBを構築するのに役立ちます。
PCB設計において20Hルールが重要な理由がお分かりいただけたでしょうか。このルールは、高速信号のクリアな伝送を維持し、クロストークを阻止するのに役立ちます。電磁干渉を低減し、信号品質を向上させたい場合は、このルールを活用することをお勧めします。
20H ルールは、トレース間の電界のジャンプを防ぎます。
高周波回路におけるノイズやエラーを回避するのに役立ちます。
20Hルールを使用する前に、必ず設計に何が必要かを確認してください。さらに詳しく知りたい場合は、PCBスタックアップに関する高度なガイドやEMI制御リソースをご覧ください。
FAQ
20H ルールはボード設計にとってどのような意味を持つのでしょうか?
20Hルールは、電源プレーンのエッジをグランドプレーンのエッジから離すために使用します。これにより、基板の電磁干渉を抑制できます。このシンプルなガイドラインに従うことで、基板の安全性と信頼性が向上します。
グランドプレーンはボード上の信号品質にどのような影響を与えますか?
グランドプレーンは、ボードに安定した信号基準を提供します。これにより、ノイズを抑え、信号品質を向上させます。グランドプレーンを適切に配置することで、ボードは高速信号に対してより優れた動作を実現します。
ボード上の電源プレーンを縮小する必要があるのはなぜですか?
電源プレーンを縮小し、グランドプレーンのエッジに達しないようにします。このステップにより、基板内部に電界が閉じ込められます。基板がアンテナのように動作して問題を引き起こすリスクを低減します。
すべてのボードで 20H ルールを使用できますか?
20Hルールはほとんどの基板で適用できますが、小型基板で層数が多い場合は配線スペースが不足する可能性があります。このルールを適用する前に、基板のサイズと層数をご確認ください。場合によっては、EMI対策と信号配線スペースのバランスを取る必要があります。
ボードレイアウトでグランドプレーンを無視するとどうなるでしょうか?
無視すると 接地面ボードがノイズを拾いやすくなり、信号損失やグリッチが増加します。また、EMIテストに合格できない可能性があります。ボードを良好な状態に保つには、必ずグラウンドプレーンを設けてください。
