2013年10月29日火曜日

mbeのベタグランド

フリーの基板設計CAD mbeというソフトですが
ガーバー出力ができ、すでに発注を2回していて問題なく使えています

で、今回基板を新しく設計するにあたり
少しはノイズ対策をしよう ということでGNDを強化しようと思いました
本来はちゃんと設計するべきですが、何が影響するのかさっぱりわからないのでとりあえずは気分だけでも ということで



SPIのパターンが上のように並んでいる場合
高周波になると信号が横に並行しているパターンに漏れてしまう可能性があります
これはパターン幅が狭くなれば狭くなるほど強くなる傾向があります
また長距離を伝送した場合はより強くなり
信号周波数が高くなるほど強くなります
この特性は裏面のパターンにも影響されるため非常に複雑で、経験や勘と実際に試した結果を元に最適化していくような場所です

このように並行した長いパターンというのはかなりの数にのぼり、今設計している100x200mmサイズになると相当な長さになってしまいます
一番簡単に対策をするには4層基板等を使って、いわゆる「ストリップライン」という構造にすればいいのですが、今回は2層で設計しているためこの方法は使えません

そのためとりあえず後から追加できる方法として、パターン間にGNDを通すことにしました
この方法ではパラレルATA等のインターフェースで後に採用されています

ざっくりと原理を説明すると
高速な信号は周りに影響を与え、その強度は与える側が低インピーダンスなほど そして与えられる側が高インピーダンスなほど強くなります
そして与える側の横に低インピーダンスな配線がればそこで吸収され、その外側へ与える影響は小さくなります
(という感じに理解しています)

この場合の低インピーダンスな配線とは、GNDに落とした配線となり、ほぼゼロ抵抗でGND電位に保たれます

しかし1本1本ラインで作っていると膨大な手間になり、修正も難しくなります
(信号1本の両側にGNDを通すため配線数は最大で3倍になります)


しかしmbeにはポリゴンという機能があり、これを使うと簡単にベタを作ることができます

この例では5本のパターンが有り外側の2本がGND 内側の3本が信号です
またパターン間隔は1.27mmです

ポリゴンの設定はGAP0.3mm Trace Width0.3mmで、Remove floating patternにチェックが入っています
パターン幅が0.3mmの場合 2本のパターンの間は0.97mmとなり、GAP幅0.3mm2本分の0.6mmにTraceW0.3mmを足した0.9mmよりも余裕があります

上画像の中で白いところはGNDと導通しており、信号線の間にGNDパターンが通っていることがわかります

このようにパターン幅を0.3mmで信号を通せばポリゴンでパターン間にGNDを通すことができます

ただしDRC(Design Ruehl Check)ではベタに対しての評価はされないため、注意が必要です
他にもいろいろ注意点がありますが、とりあえず「こんな使い方もできるよ」ということで

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