PCB 라우팅은 회로 기판에서 전자 부품을 연결하는 핵심 공정으로, 부품 간 신호 전송의 효율성과 정확성을 결정합니다. 라우팅은 이러한 신호의 "고속도로" 역할을 하여 정보 흐름을 전달하고 부품 간의 원활한 통신을 보장합니다. 우수한 PCB 라우팅은 신호 무결성을 유지할 뿐만 아니라 간섭 및 신호 중단을 방지하여 전체 시스템의 안정성과 신뢰성을 보장합니다.
1. 신호 경로 최적화: PCB 배선은 전기 신호의 통로 역할을 하여 전압이나 전류가 회로의 여러 부분 사이에 효율적으로 전달될 수 있도록 합니다. 신호 경로 설계는 임피던스 부정합 및 신호 반사를 방지하기 위해 최단 거리, 최소 비아, 그리고 적절한 폭을 고려해야 합니다.
2. 전원 및 접지층 설계: 전원 및 접지층은 PCB 설계에서 매우 중요합니다. 전원 및 접지층을 대칭적이고 중앙에 배치하면 전자기 간섭(EMI)을 줄이고 기계적 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 또한, 중요 신호에 대한 전용 라우팅 계층을 제공하면 루프 영역을 줄이고 신호 품질을 보장할 수 있습니다.
3. 차동 쌍 라우팅 및 클록 신호 처리: 고속 차동 쌍 신호는 임피던스 균형을 유지하고 스큐를 최소화하기 위해 동일한 길이의 트레이스가 필요합니다. 클록 신호 및 기타 중요 신호의 경우, 타이밍 불확실성과 신호 정렬 불량을 방지하기 위해 제어된 임피던스 라우팅과 적절한 길이 매칭이 필수적입니다.
수동 라우팅: 설계자가 직접 경로를 설정해야 하므로 각 트레이스의 위치와 길이를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이 방법은 중요 경로의 신호 경로를 최적화하고 간섭을 줄일 수 있지만, 복잡한 설계에는 시간이 많이 소요되고 효율성이 떨어집니다.
자동 라우팅: PCB 설계 소프트웨어의 알고리즘을 활용하여 연결 경로를 빠르게 생성하여 설계 효율성과 일관성을 향상시키며, 간단한 설계나 기본 연결에 적합합니다. 그러나 자동 라우팅은 특히 고밀도 설계에서 트레이스 길이 증가, 신호 무결성 문제, 그리고 최적화되지 않은 부품 레이아웃으로 이어질 수 있습니다.
자동 라우팅 도구가 효율성을 높여주지만, 복잡한 설계, 특히 고주파 회로나 다층 기판에서는 수동 라우팅이 여전히 필수적입니다. 설계자들은 회로의 핵심 부분에서 신호 무결성과 시스템 안정성을 보장하기 위해 자동 라우팅과 수동 라우팅을 함께 사용하는 경우가 많습니다.
1. 회로 성능 및 안정성 향상: 잘 설계된 라우팅은 구성 요소 간의 효율적인 신호 전송을 보장하고 지연과 왜곡을 줄여 회로의 전반적인 속도와 응답성을 향상시킵니다.
2. 신호 무결성 최적화: 적절한 라우팅은 전기 신호의 품질을 유지하고 왜곡을 방지하며 정확한 정보 전송을 보장합니다. 이는 고속 회로에서 매우 중요합니다.
3. 간섭 및 크로스토크 감소: 효과적인 라우팅은 트레이스 간격을 적절히 유지하고 민감한 구성 요소를 피함으로써 전자파 간섭 및 크로스토크의 위험을 최소화하고, 신호 품질을 보호하며 원치 않는 신호 결합을 방지합니다.
4. 신뢰성 유지: 신중한 라우팅을 통해 신호 반사, 노이즈 및 전력 분배 문제가 줄어들어 구성 요소에 안정적으로 전력이 공급되고 성능 불안정성이나 구성 요소의 조기 고장이 방지됩니다.
1. 신호 왜곡 및 지연: 잘못된 라우팅은 임피던스 불일치, 신호 반사 또는 지나치게 긴 트레이스를 초래하여 신호 파형 변화 및 타이밍 문제를 야기하고, 이는 구성 요소 통신 및 회로 성능에 영향을 미칩니다.
2. 간섭 및 노이즈: 잘못된 라우팅으로 인해 인접 구성 요소나 외부 소스의 간섭에 트레이스가 노출되어 노이즈가 발생하고 신호 품질이 저하되어 데이터 전송 오류가 발생할 수 있습니다.
3. 신뢰성 저하: 잘못 배선된 회로는 고장이 발생할 가능성이 더 높고, 예상치 못한 전압 강하, 열 문제 또는 손상된 연결부가 발생할 가능성이 높으며, 이는 장비 오작동이나 성능 저하로 이어질 수 있습니다.
PCB 설계 시 다양한 신호 유형을 우선순위에 따라 처리해야 합니다. 아날로그 소신호, 고속 신호, 클록 신호와 같은 중요 신호는 먼저 라우팅해야 합니다. 이러한 신호는 노이즈와 간섭에 민감하므로 특수 라우팅 계층과 최소한의 루프 영역이 필요합니다. 수동 라우팅, 차폐, 그리고 안전 간격 유지는 신호 품질을 보장하는 효과적인 방법입니다.
접지 트레이스는 전원 트레이스보다 넓어야 하며, 전원 트레이스는 신호 트레이스보다 넓어야 합니다. 1온스 구리 기판의 경우, 1mm 트레이스 폭은 일반적으로 1A 전류를 전달합니다. 접지 트레이스는 간섭과 노이즈를 최소화하고 신호 무결성을 보장하기 위해 신호 트레이스와 평행하게 촘촘하게 배선해야 합니다.
PCB 설계에서는 신호 배선과 전원 배선을 혼용하지 않는 것이 중요합니다. 전원 노이즈로 인한 간섭을 방지하기 위해 신호 배선은 전원 배선과 분리해야 합니다. 특히 고주파 신호의 경우, 전송 지연과 손실을 줄이기 위해 배선은 짧고 직접 연결해야 합니다. 특히 고전력 및 고주파 회로에서는 상호 간섭을 방지하기 위해 접지 배선과 전원 배선을 분리해야 합니다.
발진기(크리스털)를 중심으로 배선할 때는 빈 공간, 특히 발진기 아래의 빈 공간을 피하고 전원부에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. 이렇게 하면 클럭 신호를 왜곡하고 전체 회로 안정성에 영향을 줄 수 있는 전원 신호와 클럭 신호 간의 간섭을 방지할 수 있습니다. 마찬가지로, 민감한 신호(예: 아날로그 신호)의 배선은 디지털 신호와 분리해야 합니다. 신호 간섭을 방지하기 위해 페라이트 비드나 0옴 저항을 사용하여 아날로그 및 디지털 접지를 절연할 수 있습니다.
고속 신호 라우팅에서 날카로운 각도와 직각 트레이스는 임피던스 불연속성을 유발할 수 있습니다. 직각 모서리는 트레이스에 용량성 부하로 작용하여 신호 상승 시간을 지연시킬 수 있으며, 특히 고속 및 고주파 애플리케이션에서 그렇습니다. 각도는 피해야 하며, 필요한 경우 굽힘에는 135° 각도를 사용하십시오.
데이터 전송에 사용되는 차동 쌍은 공통 모드 간섭을 줄이기 위해 동일한 길이의 배선과 유사한 라우팅 경로를 서로 가깝게 배치해야 합니다. 차동 쌍은 간섭을 유발할 수 있는 교차 또는 중첩을 방지하기 위해 단일 종단 신호와 별도로 라우팅해야 합니다.
신호 트레이스와 그 복귀 경로로 형성되는 루프 면적은 최소화해야 합니다. 루프 면적이 작을수록 외부 방사선 및 외부 소스로부터의 간섭 가능성이 줄어듭니다. 신호 접지가 분리되지 않도록 하고, 필요한 경우 비아를 사용하여 접지 루프를 최대한 작게 유지하십시오.
스네이크 트레이스는 타이밍 요건을 충족하기 위해 지연을 조정하는 데 사용되지만, 신호 품질을 저하시키고 전송 지연을 변경할 수 있습니다. 스네이크 라우팅이 필요한 경우, 최소 굽힘 반경을 유지하고 트레이스 간격을 트레이스 폭의 4배로 하여 누화를 줄이십시오. 고속 회로에서는 신호 반사와 간섭을 최소화하고 신호 무결성을 보장하기 위해 임피던스 정합이 필수적입니다.
신호 간섭과 전자기 간섭을 줄이려면 우수한 전력선 설계가 필수적입니다. 저항과 인덕턴스를 줄여 안정적인 전력 공급을 보장하기 위해 전력선은 넓고 짧아야 합니다. 접지선은 신호선에 가깝고 루프를 형성하여 양호한 복귀 경로를 제공함으로써 신호 루프 영역을 최소화해야 합니다.
PCB 라우팅 설계를 완료한 후에는 시뮬레이션 분석과 프로토타입 검증이 필수 단계입니다. 시뮬레이션은 라우팅 설계의 성능과 안정성을 평가하고, 잠재적인 간섭 문제를 파악하고, 시기적절한 조정을 수행하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 설계 오류를 크게 줄이고 회로 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
PCB 라우팅은 예술이자 기술 분야입니다. 세심한 라우팅은 최적의 회로 성능, 신호 무결성, 그리고 장기적인 시스템 안정성을 보장합니다. 선도적인 PCB 공장 인 SprintPCB는 최상의 결과를 얻으려면 첨단 기술뿐만 아니라 설계 및 제조 공정에 대한 전문성도 필요하다는 것을 잘 알고 있습니다. 설계자는 효율적이고 신뢰할 수 있는 회로 설계를 위해 전기적 특성, 기계적 구조, 그리고 제조 기술을 고려해야 합니다. 최고의 PCB 제조업체 인 SprintPCB는 최고 수준의 성능과 신뢰성을 충족하는 고품질 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다.
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